JP2002246698A - Nitride semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

Nitride semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same

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JP2002246698A JP2001038228A JP2001038228A JP2002246698A JP 2002246698 A JP2002246698 A JP 2002246698A JP 2001038228 A JP2001038228 A JP 2001038228A JP 2001038228 A JP2001038228 A JP 2001038228A JP 2002246698 A JP2002246698 A JP 2002246698A
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Daisuke Hanaoka
大介 花岡
Takayuki Yuasa
貴之 湯浅
Shigetoshi Ito
茂稔 伊藤
Mototaka Tanetani
元隆 種谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve light-emitting life and light-emitting intensity of a nitride semiconductor light-emitting device and to prevent the occurrence of a crack. SOLUTION: The nitride semiconductor light-emitting device comprises a processing substrate 101 which includes concave parts and convex parts formed on a surface of a nitride semiconductor layer grown on a substrate surface of a nitride semiconductor or on a substrate other than the nitride semiconductor, a nitride semiconductor base layer 102 grown on the uneven surface of the processing substrate, and a light-emitting device structure which includes a light-emitting layer 106 having a quantum well layer or the quantum well layer and a barrier layer between n-type layers 103 to 105 and p-type layers 107 to 110 on the base layer of the nitride semiconductor. Even after the base layer and the light-emitting device structure are grown, depressions not being flattened remain at least on the concave parts or the convex parts of the processing substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主として発光寿命
が長くてクラックの発生が軽減された窒化物半導体発光
素子とその製法の改善に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device having a long light emission life and reduced occurrence of cracks, and to an improvement in a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化物半導体発光素子の発光特性を改善
するために、サファイア基板上に積層されたGaN層に
溝を形成して、再度その溝をGaN膜で平坦に被覆し、
その被覆層上に半導体レーザ素子を形成することが特開
2000−124500において報告されている。
2. Description of the Related Art In order to improve the light emitting characteristics of a nitride semiconductor light emitting device, a groove is formed in a GaN layer laminated on a sapphire substrate, and the groove is again flatly covered with a GaN film.
Forming a semiconductor laser device on the coating layer is reported in JP-A-2000-124500.

【0003】また、選択結晶成長技術を用いて、ストラ
イプ状に形成されたSiO2マスクの窓領域上に半導体
レーザ素子を形成することが特開平9−36473にお
いて報告されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-36473 reports that a semiconductor laser element is formed on a window region of a stripe-shaped SiO 2 mask by using a selective crystal growth technique.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような先行技術
によって作製された窒化物半導体発光素子においても、
その発光寿命が十分ではないという課題を含んでいる。
そこで、本発明は、発光寿命の長い窒化物半導体発光素
子を提供するとともに、その素子におけるクラックの発
生を抑制することを主要な目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION Even in the nitride semiconductor light emitting device manufactured by the above prior art,
There is a problem that the emission life is not sufficient.
Accordingly, it is a main object of the present invention to provide a nitride semiconductor light emitting device having a long light emission life and to suppress the occurrence of cracks in the device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明による窒化物半導
体発光素子においては、窒化物半導体の基板表面または
窒化物半導体以外の基板上に成長した窒化物半導体層表
面に形成された凹部と凸部を含む加工基板と、この加工
基板の凹凸表面上に成長させられた窒化物半導体下地層
と、この下地層上でn型層とp型層との間において量子
井戸層または量子井戸層とこれに接する障壁層を含む発
光層を含む発光素子構造とを含み、窒化物半導体下地層
と発光素子構造とを成長させた後においても加工基板の
凹部と凸部の少なくとも一方の上方において平坦化され
ていない窪みを含んでいることを特徴としている。な
お、加工基板としては、その全体が窒化物半導体からな
っているものが好ましい。
In a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, a concave portion and a convex portion are formed on a surface of a nitride semiconductor substrate or on a surface of a nitride semiconductor layer grown on a substrate other than the nitride semiconductor. A nitride semiconductor underlayer grown on the uneven surface of the processed substrate; a quantum well layer or a quantum well layer between the n-type layer and the p-type layer on the underlayer; A light-emitting element structure including a light-emitting layer including a barrier layer in contact with the substrate, and even after growing the nitride semiconductor underlayer and the light-emitting element structure, flattening is performed above at least one of the concave portion and the convex portion of the processing substrate. It is characterized by including a notch. It is preferable that the processed substrate be entirely made of a nitride semiconductor.

【0006】加工基板の凹部はストライプ状の溝であっ
て、凸部はストライプ状の丘であることが好ましい。ま
た、加工基板の凹凸表面は窒化物半導体からなり、溝の
長手方向と丘の長手方向は窒化物半導体結晶の<1−1
00>または<11−20>方向に実質的に平行である
ことが好ましい。
Preferably, the concave portion of the processed substrate is a stripe-shaped groove, and the convex portion is a stripe-shaped hill. The uneven surface of the processed substrate is made of a nitride semiconductor, and the longitudinal direction of the groove and the longitudinal direction of the hill are <1-1 of the nitride semiconductor crystal.
Preferably, it is substantially parallel to the <00> or <11-20> direction.

【0007】溝の幅中央の上方には窪みが存在せず、溝
幅中央からその幅方向に1μm以上離れかつ溝の幅内の
領域の上方に発光素子構造の発光部が含まれていること
が好ましい。この場合、溝幅は4〜30μmの範囲内に
あることが好ましい。また、溝の深さは1〜9μmの範
囲内にあることが好ましい。
There is no depression above the center of the width of the groove, and the light emitting portion of the light emitting element structure is included above the region at least 1 μm in the width direction from the center of the groove width and within the width of the groove. Is preferred. In this case, the groove width is preferably in the range of 4 to 30 μm. Preferably, the depth of the groove is in the range of 1 to 9 μm.

【0008】丘の幅中央の上方には窪みが存在せず、丘
幅中央からその幅方向に1μm以上離れかつ丘の幅内の
領域の上方に多層発光構造の実質的発光領域が形成され
ていてもよい。この場合、丘幅は4〜30μmの範囲内
にあることが好ましい。
There is no depression above the center of the width of the hill, and a substantial light emitting region of the multilayer light emitting structure is formed above the region within the width of the hill at least 1 μm in the width direction from the center of the hill width. You may. In this case, the hill width is preferably in the range of 4 to 30 μm.

【0009】溝の上方には窪みが形成されており、この
窪みの側端部から溝の幅方向に2μm以上離れかつ溝の
幅内の領域の上方に多層発光層の実質的発光領域が形成
されていてもよい。この場合に、溝幅は7〜100μm
の範囲内にあることが好ましい。また、溝の深さは1μ
m以上であって、かつ溝の底部と基板の裏面との間の残
し厚が100μm以上であることが好ましい。
A recess is formed above the groove, and a substantial light emitting region of the multilayer light emitting layer is formed above a region separated from the side end of the recess by at least 2 μm in the width direction of the groove and within the width of the groove. It may be. In this case, the groove width is 7 to 100 μm
Is preferably within the range. The groove depth is 1μ
m or more, and the remaining thickness between the bottom of the groove and the back surface of the substrate is preferably 100 μm or more.

【0010】丘の上方には窪みが形成されており、この
窪みの側端部から丘の幅方向に2μm以上離れかつ丘の
幅内の領域の上方に多層発光構造の実質的発光領域が形
成されていてもよい。この場合に、丘幅は7〜100μ
mの範囲内にあることが好ましい。
A recess is formed above the hill, and a substantial light emitting region of the multilayer light emitting structure is formed above a region which is at least 2 μm in the width direction of the hill from a side end of the recess and is within the width of the hill. It may be. In this case, the hill width is 7-100μ
It is preferably within the range of m.

【0011】窒化物半導体下地層はGaNであって、S
i、O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、Mgおよび
Beの不純物群のうちで少なくとも1種以上を含み、か
つその添加量が1×1017/cm3以上で5×1018
cm3以下であることが好ましい。
The nitride semiconductor underlayer is GaN, and S
It contains at least one or more of i, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg and Be impurity groups, and has an addition amount of 1 × 10 17 / cm 3 or more and 5 × 10 18 /
cm 3 or less.

【0012】窒化物半導体下地層はAlxGa1-x
(0.01≦x≦0.15)であってもよく、Si、
O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、MgおよびBe
の不純物群のうちで少なくとも1種を含み、かつその添
加量が3×1017/cm3以上で5×1018/cm3以下
であることが好ましい。
The nitride semiconductor underlayer is Al x Ga 1 -xN
(0.01 ≦ x ≦ 0.15), and Si,
O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg and Be
It is preferable that at least one of the impurity groups described above is contained, and the added amount is 3 × 10 17 / cm 3 or more and 5 × 10 18 / cm 3 or less.

【0013】窒化物半導体下地層はInxGa1-x
(0.01≦x≦0.15)であってもよく、Si、
O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、MgおよびBe
の不純物群のうちで少なくとも1種を含み、かつその添
加量が1×1017/cm3以上で4×1018/cm3以下
であることが好ましい。
The nitride semiconductor underlayer is made of In x Ga 1 -xN.
(0.01 ≦ x ≦ 0.15), and Si,
O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg and Be
It is preferable that at least one of the impurity groups described above is contained, and the added amount is 1 × 10 17 / cm 3 or more and 4 × 10 18 / cm 3 or less.

【0014】窪みを2つ以上含む領域上に電極が形成さ
れることが好ましい。同様に、窪みを2つ以上含む領域
上に誘電体膜が形成されることが好ましい。ワイヤボン
ドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域は、窪みが
1つ以上含むことが好ましい。
Preferably, the electrode is formed on a region including two or more depressions. Similarly, it is preferable that a dielectric film is formed on a region including two or more depressions. The bonding region between the wire bond and the nitride semiconductor light emitting device preferably includes one or more depressions.

【0015】量子井戸層は、As、P、およびSbのう
ちで1種以上の元素を含んでいることが好ましい。
The quantum well layer preferably contains at least one of As, P, and Sb.

【0016】窒化物半導体発光素子は、レーザ素子と発
光ダイオード素子のいずれかであり得る。このような窒
化物半導体発光素子は種々の光学装置または半導体発光
装置の構成要素になり得る。
[0016] The nitride semiconductor light emitting device can be either a laser device or a light emitting diode device. Such a nitride semiconductor light emitting element can be a component of various optical devices or semiconductor light emitting devices.

【0017】他方、本発明による窒化物半導体発光素子
の製造方法においては、窒化物半導体の基板表面または
窒化物半導体以外の基板上に成長した窒化物半導体層表
面に形成された凹部と凸部を含む加工基板を準備し、こ
の加工基板の凹凸表面上に窒化物半導体下地層を成長さ
せ、この窒化物半導体下地層上でn型層とp型層との間
において量子井戸層または量子井戸層とこれに接する障
壁層を含む発光層を含む発光素子構造を成長させる工程
を含み、それらの下地層と発光素子構造を成長させた後
においても加工基板の凹部と凸部の少なくとも一方の上
方において平坦化されていない窪みが形成されることを
特徴としている。
On the other hand, in the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the concave and convex portions formed on the surface of the nitride semiconductor substrate or on the surface of the nitride semiconductor layer grown on a substrate other than the nitride semiconductor are formed. A processed substrate including the above is prepared, a nitride semiconductor underlayer is grown on the uneven surface of the processed substrate, and a quantum well layer or a quantum well layer is formed between the n-type layer and the p-type layer on the nitride semiconductor underlayer. And a step of growing a light-emitting element structure including a light-emitting layer including a barrier layer in contact therewith, and after growing the underlayer and the light-emitting element structure, at least one of the concave portion and the convex portion of the processing substrate. It is characterized in that a non-planarized depression is formed.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下において、本発明による種々
の実施の形態を説明するに際して、いくつかの用語の意
味を予め明らかにしておく。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following, in describing various embodiments of the present invention, the meaning of some terms will be clarified in advance.

【0019】まず、「溝」とはたとえば図2(a)と
(b)に示されているように加工基板表面でストライプ
状に加工された凹部を意味し、「丘」とは同様にストラ
イプ状に加工された凸部を意味する。溝と丘の断面形状
は、必ずしも図2で示されているような矩形状である必
要はなく、凹凸の段差を生じさせるものであればよい。
また、図2に示された溝と丘は1方向に沿って加工され
たストライプ配列であるが、溝または丘が互いに交差し
合った桝目配列(図5参照)であってもよい。なお、本
願の図面において、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関
係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されてお
り、実際の寸法関係を表わしてはいない。
First, the "groove" means a concave portion processed in the form of a stripe on the surface of the processed substrate as shown in FIGS. 2A and 2B, for example. Means a convex part processed into a shape. The cross-sectional shapes of the grooves and hills do not necessarily have to be rectangular as shown in FIG. 2, but may be any as long as they cause unevenness.
Further, the grooves and hills shown in FIG. 2 have a stripe arrangement processed along one direction, but may have a mesh arrangement in which the grooves or hills cross each other (see FIG. 5). In the drawings of the present application, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are appropriately changed for clarification and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.

【0020】「窒化物半導体基板」とは、AlxGay
zN(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z≦1;x+y
+z=1)からなる基板を意味する。ただし、窒化物半
導体基板の窒素元素のうちで、その約10%以下がA
s、P、またはSbの元素で置換されてもよい(ただ
し、基板の六方晶系が維持されることが前提)。また、
窒化物半導体基板中に、Si、O、Cl、S、C、G
e、Zn、Cd、Mg、またはBeがドーピングされて
もよい。n型窒化物半導体としては、これらのドーピン
グ材料のうちでも、Si、O、およびClが特に好まし
い。窒化物半導体基板の主面方位としては、C面{00
01}、A面{11−20}、R面{1−102}、M
面{1−100}、または{1−101}面が好ましく
用いられ得る。また、これらの結晶面方位から2°以内
のオフ角度を有する基板主面であれば、その表面モホロ
ジーが良好であり得る。
[0020] The term "nitride semiconductor substrate", Al x Ga y I
nz N (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1; x + y
+ Z = 1). However, about 10% or less of the nitrogen element of the nitride semiconductor substrate is A
It may be replaced by an element of s, P, or Sb (provided that the hexagonal system of the substrate is maintained). Also,
Si, O, Cl, S, C, G in a nitride semiconductor substrate
e, Zn, Cd, Mg, or Be may be doped. Among these doping materials, Si, O, and Cl are particularly preferable as the n-type nitride semiconductor. The principal plane orientation of the nitride semiconductor substrate is as follows.
01}, A plane {11-20}, R plane {1-102}, M
The plane {1-100} or {1-101} plane can be preferably used. In addition, if the main surface of the substrate has an off angle within 2 ° from these crystal plane directions, the surface morphology may be good.

【0021】「異種基板」とは、窒化物半導体以外の基
板を意味する。具体的な異種基板としては、サファイア
基板、SiC基板、Si基板、またはGaAs基板など
が用いられ得る。
The "heterogeneous substrate" means a substrate other than a nitride semiconductor. As a specific heterogeneous substrate, a sapphire substrate, a SiC substrate, a Si substrate, a GaAs substrate, or the like can be used.

【0022】「加工基板」とは、窒化物半導体基板表面
上に、または異種基板上で成長した窒化物半導体層表面
上に、溝と丘が形成された基板を意味する。溝の幅と丘
の幅は、一定の周期を有していてもよいし、種々に異な
る幅を有していてもよい。また、溝の深さに関しても、
すべての溝が一定の深さを有していてもよいし、種々に
異なる深さを有していてもよい。
The term "processed substrate" means a substrate having grooves and hills formed on the surface of a nitride semiconductor substrate or on the surface of a nitride semiconductor layer grown on a heterogeneous substrate. The width of the groove and the width of the hill may have a fixed period, or may have various widths. Also, regarding the depth of the groove,
All grooves may have a constant depth or may have various different depths.

【0023】「窒化物半導体下地層」とは、加工基板の
凹凸表面上に成長させられる層であり、AlxGayIn
zN(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z≦1;x+y+
z=1)からなっている。ただし、この窒化物半導体下
地層中に、Si、O、Cl、S、C、Ge、Zn、C
d、Mg、およびBeの不純物群のうちの少なくとも1
種がドーピングされてもよい。
[0023] The "nitride semiconductor underlayer", is a layer that is grown on the uneven surface of the processed substrate, Al x Ga y In
z N (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1; x + y +
z = 1). However, Si, O, Cl, S, C, Ge, Zn, C
at least one of an impurity group of d, Mg, and Be
The species may be doped.

【0024】「発光層」とは、1以上の量子井戸層また
はそれと交互に積層された複数の障壁層をも含み、発光
作用を生じさせ得る層を意味する。ただし、単一量子井
戸構造の発光層は、1つの井戸層のみから構成される
か、または障壁層/井戸層/障壁層の積層から構成され
ている。
The term “light emitting layer” means a layer capable of producing a light emitting action, including one or more quantum well layers or a plurality of barrier layers alternately stacked thereon. However, the light emitting layer having a single quantum well structure is composed of only one well layer or a laminate of barrier layers / well layers / barrier layers.

【0025】「発光素子構造」とは、発光層に加えてそ
れを挟むn型層とp型層をさらに含む構造を意味する。
The “light emitting element structure” means a structure further including an n-type layer and a p-type layer sandwiching the light emitting layer in addition to the light emitting layer.

【0026】「窒化物半導体多層膜構造」とは、窒化物
半導体下地層と発光素子構造とを含むものを意味する。
The term "nitride semiconductor multilayer film structure" means a structure including a nitride semiconductor underlayer and a light emitting device structure.

【0027】「窪み」とは、加工基板の凹凸表面上に窒
化物半導体下地層または窒化物半導体多層膜構造を成長
被覆させたときに、その窒化物半導体下地層または窒化
物半導体多層膜構造が平坦に埋められない部分(窪みが
窒化物半導体下地層の表面にある一例の図3参照)を意
味する。特に、本発明における窪みは、必ず窒化物半導
体多層膜構造の表面に存在していなければならない。た
だし、加工基板上に窒化物半導体多層膜構造を平坦に被
覆させた後にエッチングなどで窪みを形成しても、本願
の発明の効果は得られない。窪みが結晶成長後に加工で
形成されたか否かは、窒化物半導体多層膜構造の断面を
観察すれば明らかになる。なぜならば、結晶成長終了後
に窪みを加工で形成したならば発光素子構造中の積層に
おける横方向への連続性がその窪みによって断ち切られ
るが、結晶成長に伴って窪みが形成されたならば発光素
子構造中の積層における横方向の連続性がその窪みによ
って断ち切られることはなく、その窪みの側壁面に沿っ
て連続しているからである。
The “dent” means that when a nitride semiconductor underlayer or a nitride semiconductor multilayer film structure is grown and covered on an uneven surface of a processed substrate, the nitride semiconductor underlayer or the nitride semiconductor multilayer film structure is removed. It means a portion that is not buried flat (see FIG. 3 for an example in which the depression is on the surface of the nitride semiconductor underlayer). In particular, the depression in the present invention must always exist on the surface of the nitride semiconductor multilayer structure. However, the effect of the invention of the present application cannot be obtained even if a depression is formed by etching or the like after the nitride semiconductor multilayer film structure is flatly covered on the processed substrate. Whether or not the depression is formed by processing after the crystal growth becomes clear by observing the cross section of the nitride semiconductor multilayer film structure. The reason is that if a pit is formed by processing after completion of crystal growth, the continuity in the lateral direction in the stack in the light emitting element structure is cut off by the pit, but if the pit is formed along with the crystal growth, the light emitting element This is because the continuity in the lateral direction in the stack in the structure is not cut off by the depression, but continues along the side wall surface of the depression.

【0028】「窪み付き基板」とは、加工基板上に窒化
物半導体下地層を被覆させ、その上の窪みを含む全体的
基板を意味する(図3参照)。
The term “substrate with depression” means an entire substrate including a depression on which a nitride semiconductor base layer is coated on a processing substrate (see FIG. 3).

【0029】「被覆膜厚」とは、加工基板上に窒化物半
導体層を成長させたときの加工基板の溝底部から窪部を
除いた窒化物半導体層の表面までの膜厚を意味する。
The term “coating film thickness” means the film thickness from the bottom of the groove to the surface of the nitride semiconductor layer excluding the depression when the nitride semiconductor layer is grown on the processed substrate. .

【0030】[実施形態1]本発明者らの検討の結果、
本発明によって得られた窒化物半導体発光素子の長寿命
化の効果は、その素子に含まれる窒化物半導体多層膜構
造結晶中の歪の緩和に起因しているのではないかと考え
られる。図2は本発明で用いられる加工基板の形態と各
部位の名称を示し、図4(a)は本発明における結晶成
長の形態を表わし、図4(b)は従来の加工基板を窒化
物半導体多層膜構造で完全かつ平坦に被覆する結晶成長
の形態を表わし、そして図4(c)は従来の結晶成長抑
制膜を用いた選択結晶成長方法による結晶成長の形態を
表わしている。本発明者らが本発明に至るに際して、ま
ず従来の結晶成長形態について調べた。
[Embodiment 1] As a result of the study by the present inventors,
It is considered that the effect of extending the life of the nitride semiconductor light emitting device obtained by the present invention may be due to relaxation of strain in the nitride semiconductor multilayer film structure crystal included in the device. FIG. 2 shows the form of the processed substrate used in the present invention and the name of each part, FIG. 4A shows the form of crystal growth in the present invention, and FIG. FIG. 4C shows a form of crystal growth in which a multilayer film structure is completely and flatly covered, and FIG. 4C shows a form of crystal growth by a conventional selective crystal growth method using a crystal growth suppressing film. When the present inventors arrived at the present invention, they first examined a conventional crystal growth mode.

【0031】(従来の結晶成長形態)図4(b)におい
ては、たとえば特開2000−124500に教示され
ているように、加工基板を窒化物半導体多層膜構造で完
全かつ平坦に被覆する場合に、加工基板に形成された溝
の側壁から水平方向(以後横方向成長と呼ぶ)に結晶成
長が開始する。このような横方向成長が生じれば、下方
の基板の結晶格子を反映した結晶が成長しにくく、下方
からの結晶歪みが緩和される。しかしながら、両側の溝
側壁から成長した結晶は、図4(b)の溝中央でぶつか
り合うので、その溝中央において結晶歪みが集中する。
溝中央でぶつかり合った結晶はその後に通常の結晶成長
方向(基板の主面に対して垂直方向)に成長が進み、そ
して、まだ被覆されていない丘を完全かつ平坦に埋没さ
せるように、溝中央から丘中央に向かって先ほどと逆の
横方向成長が促進される。前述の溝中央におけると同様
な結晶のぶつかり合いが丘中央でも発生し、結果的に丘
中央でも結晶のぶつかり合いによる結晶歪みの集中が生
じる。そして、丘中央を埋没させながら、または丘中央
が完全に埋没されれば、結晶成長は通常の結晶成長方向
に変化して進む。
(Conventional Crystal Growth Form) In FIG. 4B, for example, as taught in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-124500, when a processed substrate is completely and flatly covered with a nitride semiconductor multilayer film structure. Then, crystal growth starts in the horizontal direction (hereinafter referred to as lateral growth) from the side wall of the groove formed in the processed substrate. When such lateral growth occurs, a crystal reflecting the crystal lattice of the lower substrate is difficult to grow, and crystal distortion from below is relaxed. However, the crystals grown from the groove side walls on both sides collide with each other at the center of the groove shown in FIG.
The crystals that collide in the center of the groove will then grow in the normal crystal growth direction (perpendicular to the main surface of the substrate), and will bury the uncovered hills completely and flatly. From the center to the center of the hill, the opposite lateral growth is promoted. The same collision of crystals as in the center of the groove described above also occurs in the center of the hill, and as a result, the concentration of crystal strain due to the collision of crystals also occurs in the center of the hill. Then, while the center of the hill is buried, or when the center of the hill is completely buried, the crystal growth proceeds in a normal crystal growth direction.

【0032】したがって、図4(b)に示された従来の
結晶成長形態では、加工基板が完全に窒化物半導体多層
膜構造で平坦に被覆されれば、溝中央と丘中央に結晶歪
みが集中してしまう。しかも、溝中央と丘中央を除く他
の領域においても、横方向成長によって下方からの結晶
歪みが緩和されていても、溝中央と丘中央の結晶歪みの
集中からの影響による残留歪みが生じてしまう。以上の
ような結晶歪みに起因して、半導体発光素子の発光寿命
が短くなっていると考えられる。
Therefore, in the conventional crystal growth mode shown in FIG. 4B, if the processed substrate is completely covered with the nitride semiconductor multilayer structure, the crystal strain is concentrated at the center of the groove and the center of the hill. Resulting in. Moreover, even in regions other than the center of the groove and the center of the hill, even if the crystal growth from below is relaxed by the lateral growth, residual strain occurs due to the concentration of crystal strain at the center of the groove and the center of the hill. I will. It is considered that the light emitting life of the semiconductor light emitting device is shortened due to the above crystal distortion.

【0033】他方、図4(c)においては、たとえば特
開平9−36473に教示されているように、たとえば
SiO2マスクのような成長抑制膜を利用した選択結晶
成長(横方向成長に相当する)をさせる場合に、本発明
の結晶成長形態(図4(a)参照)に類似して、完全に
は窒化物半導体膜で被覆されない窪みを成長抑制膜上に
形成することが可能である。しかしながら、成長抑制膜
を用いた選択結晶成長は、以下で説明する本発明におけ
る加工基板を用いた結晶成長形態とは異なる。なぜなら
ば、成長抑制膜を用いた場合、図4(c)に示されてい
るように、成長抑制膜で被覆されていないGaN層の窓
領域から窒化物半導体膜の結晶成長が始まる。この窓領
域に成長する窒化物半導体膜は通常の結晶成長方向(基
板主面に対して垂直方向)に沿って成長する。したがっ
て、窓領域上方に成長した結晶(図4(c)中でハッチ
ングされた部分)は、下方のGaN層およびサファイア
基板からの結晶歪み(熱膨張係数差による歪みを含む)
を受けてしまう。本発明者らによる詳細な検討の結果、
結晶歪みが緩和されていた部分は、図4(c)に示され
た結晶成長抑制膜上方領域だけであった。
On the other hand, in FIG. 4C, as taught in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-36473, selective crystal growth (corresponding to lateral growth) using a growth suppressing film such as an SiO 2 mask, for example. ), It is possible to form a dent not completely covered with the nitride semiconductor film on the growth suppressing film, similar to the crystal growth mode of the present invention (see FIG. 4A). However, the selective crystal growth using the growth suppressing film is different from the crystal growth mode using the processed substrate in the present invention described below. This is because, when the growth suppressing film is used, as shown in FIG. 4C, the crystal growth of the nitride semiconductor film starts from the window region of the GaN layer not covered with the growth suppressing film. The nitride semiconductor film growing in this window region grows in a normal crystal growth direction (a direction perpendicular to the main surface of the substrate). Therefore, the crystal grown above the window region (the hatched portion in FIG. 4C) is a crystal strain (including a strain due to a difference in thermal expansion coefficient) from the GaN layer and the sapphire substrate below.
Receive. As a result of detailed studies by the present inventors,
The portion where the crystal strain was relaxed was only the region above the crystal growth suppressing film shown in FIG.

【0034】しかしながら、結晶成長抑制膜上方領域に
窒化物半導体発光素子を作製しても、後述の本発明によ
る発光素子に比べて発光寿命が短かった。これは、おそ
らく窒化物半導体膜と成長抑制膜との熱膨張係数差によ
る歪みを受けるとともに、成長抑制膜に含まれる不純物
が窪み部分を介して発光素子構造内にドープされたため
ではないかと考えられる。
However, even when a nitride semiconductor light emitting device was manufactured in the region above the crystal growth suppressing film, the light emitting life was shorter than that of a light emitting device according to the present invention described later. This is probably due to the fact that the nitride semiconductor film and the growth suppressing film were distorted due to the difference in thermal expansion coefficient and the impurities contained in the growth suppressing film were doped into the light emitting device structure through the recessed portions. .

【0035】たとえば、成長抑制膜が温度変化によって
体積膨張または収縮すれば、熱膨張係数差によって、基
板の主面に対する垂直方向の歪みや成長抑制膜と窓上方
領域の結晶が接する部分の歪みが成長抑制膜上方領域に
伝播するものと考えられる。また、成長抑制膜の体積膨
張または収縮は、成長抑制膜上方領域を隆起させたり、
成長抑制膜上方領域と成長抑制膜との間に隙間を発生さ
せ、その成長抑制膜上方領域が湾曲することがある。こ
のような現象は、成長抑制膜上方領域に結晶歪みを与え
るだけなく、結晶の配向性を低下させてしまう。さらに
は、成長抑制膜がSiO2の場合、そのSiまたはOが
窪みを介して過剰に発光素子構造内にドープされるとも
考えられる。これらの要因が重なって、成長抑制膜上方
領域に半導体発光素子を作製してもレーザ発光寿命が短
かったものと考えられる。
For example, if the growth suppressing film expands or contracts in volume due to a change in temperature, a difference in thermal expansion coefficient causes a distortion in a direction perpendicular to the main surface of the substrate and a distortion in a portion where the crystal in the region above the window and the growth suppressing film contacts the window. It is considered that it propagates to the region above the growth suppressing film. In addition, the volume expansion or contraction of the growth suppression film causes the region above the growth suppression film to be raised,
A gap may be generated between the region above the growth suppressing film and the growth suppressing film, and the region above the growth suppressing film may be curved. Such a phenomenon not only gives a crystal strain to the region above the growth suppressing film but also lowers the crystal orientation. Furthermore, when the growth suppressing film is SiO 2 , it is considered that the Si or O is excessively doped into the light emitting element structure via the depression. It is considered that these factors overlap and the laser emission life was short even when a semiconductor light emitting device was manufactured in the region above the growth suppressing film.

【0036】(本発明における結晶成長形態)図4
(a)に示されている本発明における結晶成長形態で
も、図4(b)に示された従来例と同様に、加工基板に
形成された溝の側壁から横方向成長が開始し、両側の溝
側壁から成長した結晶が図4(a)の溝中央で合わさ
り、その後に通常の結晶成長方向に成長が進む。しかし
ながら、本発明における結晶成長形態では、丘の上方に
窒化物半導体多層膜構造が完全に埋まらない窪みを有し
ているので、基板主面に平行な水平方向の結晶歪みをそ
の窪みを介して緩和させることができる。すなわち、そ
の窪みは、図4(b)に示された従来の結晶成長形態で
は溝中央に集中する結晶歪みを軽減し、窒化物半導体多
層膜構造全体の結晶歪みを緩和させることができる。ま
た、本発明における結晶成長形態では、図4(c)に示
された成長抑制膜を用いていないので、結晶成長膜に起
因する前述の熱膨張係数差や不純物のドーピングによる
影響を受けることがない。
(Crystal Growth Form in the Present Invention) FIG.
In the crystal growth mode according to the present invention shown in FIG. 4A, as in the conventional example shown in FIG. 4B, the lateral growth starts from the side wall of the groove formed in the processing substrate, and the both sides grow. The crystals grown from the groove side walls meet at the center of the groove in FIG. 4A, and thereafter the growth proceeds in the normal crystal growth direction. However, in the crystal growth mode according to the present invention, since the nitride semiconductor multilayer film structure has a dent above the hill that is not completely buried, horizontal crystal distortion parallel to the main surface of the substrate is caused through the dent. Can be relaxed. That is, the depression can reduce the crystal strain concentrated at the center of the groove in the conventional crystal growth mode shown in FIG. 4B, and can reduce the crystal strain of the entire nitride semiconductor multilayer structure. Further, in the crystal growth mode according to the present invention, since the growth suppressing film shown in FIG. 4C is not used, the crystal growth film is affected by the above-mentioned difference in thermal expansion coefficient and impurity doping. Absent.

【0037】本発明における結晶成長形態では、丘中央
のみならず溝中央にも窪みが形成されることがさらに好
ましい(実施形態3参照)。このような結晶成長形態を
利用することによって、結晶歪みの集中する部分がなく
なるので、結晶歪みがほとんど緩和された窒化物半導体
多層膜構造を形成することが可能になる。
In the crystal growth mode of the present invention, it is more preferable that the depression is formed not only at the center of the hill but also at the center of the groove (see Embodiment 3). By utilizing such a crystal growth mode, there is no portion where crystal strain is concentrated, so that it is possible to form a nitride semiconductor multilayer film structure in which crystal strain is almost alleviated.

【0038】(本発明における効果)上述のように、本
発明においては、加工基板上に窒化物半導体多層膜構造
を形成するに際してこの膜が完全に埋まらない窪みを形
成することによって、その窒化物半導体多層膜構造の結
晶歪みを緩和させることができる。
(Effects of the present invention) As described above, in the present invention, when a nitride semiconductor multilayer film structure is formed on a processing substrate, the nitride Crystal distortion of the semiconductor multilayer structure can be reduced.

【0039】図2(a)に示された窒化物半導体基板
(たとえばGaN基板)を利用した本発明における加工
基板上に窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、レー
ザ出力30mWで雰囲気温度60℃の条件の下で、その
窒化物半導体レーザ素子の発振寿命は約18000時間
程度であった。これは、従来の窒化物半導体基板を用い
た場合のレーザ発振寿命の約700時間に比べてはるか
に長いものである。
When a nitride semiconductor laser device is formed on a processing substrate according to the present invention using the nitride semiconductor substrate (for example, a GaN substrate) shown in FIG. 2A, a laser output of 30 mW and an ambient temperature of 60 ° C. Under these conditions, the oscillation lifetime of the nitride semiconductor laser device was about 18,000 hours. This is much longer than the laser oscillation life of about 700 hours when a conventional nitride semiconductor substrate is used.

【0040】他方、図2(b)に示された異種基板(た
とえばサファイア基板)を利用した本発明における加工
基板上に窒化物半導体レーザ素子を作製した場合、レー
ザ出力30mWで雰囲気温度60℃の条件の下で、その
窒化物半導体レーザ素子の発振寿命は約1000時間程
度であった。これは、従来の異種基板を利用した場合の
レーザ発振寿命の約200時間に比べて十分に長いもの
である。
On the other hand, when a nitride semiconductor laser device is manufactured on a processing substrate according to the present invention using a heterogeneous substrate (for example, a sapphire substrate) shown in FIG. 2B, a laser output of 30 mW and an ambient temperature of 60 ° C. Under the conditions, the oscillation life of the nitride semiconductor laser device was about 1000 hours. This is sufficiently longer than the conventional laser oscillation life of about 200 hours when a different kind of substrate is used.

【0041】また、本発明における加工基板を用いるこ
とによって、発光素子中のクラック発生を抑制し得るこ
とも、本発明者らによって見出された。このことによ
り、発光素子の生産性において歩留まりが向上した。
The present inventors have also found that the use of the processed substrate according to the present invention can suppress the occurrence of cracks in the light emitting device. As a result, the yield was improved in the productivity of the light emitting device.

【0042】たとえば、図2(a)に示された窒化物半
導体基板(GaN基板)を利用した本発明における加工
基板上に窒化物半導体レーザ素子を形成した場合、クラ
ック密度は0〜3本/cm2であった。他方、従来のG
aN基板上に窒化物半導体からなる発光素子構造を形成
した場合、ほとんどクラックは生じないものと思われて
いたが、実際に発光素子構造を成長させた後のエピウエ
ハ面内には多くのクラックが発生していた。これは、発
光素子構造が種々の層の積層構造から構成されているこ
とによる歪に起因すると考えられる(たとえば、AlG
aN層はGaN層に比べて格子定数が小さく、InGa
N層はGaN層に比べて格子定数が大きい)。また、現
在の技術で得られるGaN基板には、その基板自体に残
留歪みが潜在しているものと考えられる。実際、従来の
GaN基板上に窒化物半導体レーザ素子を形成した場
合、クラック密度は約5〜8本/cm2であった。この
ことから、本発明における窒化物半導体の加工基板を利
用することによってクラック密度を低減し得ることがわ
かった。
For example, when a nitride semiconductor laser device is formed on a processed substrate according to the present invention using the nitride semiconductor substrate (GaN substrate) shown in FIG. cm 2 . On the other hand, the conventional G
When a light emitting device structure made of a nitride semiconductor was formed on an aN substrate, it was thought that almost no cracks occurred. However, many cracks were found in the epiwafer surface after the light emitting device structure was actually grown. Had occurred. This is considered to be due to distortion due to the light emitting element structure being composed of a laminated structure of various layers (for example, AlG
The aN layer has a smaller lattice constant than the GaN layer,
The N layer has a larger lattice constant than the GaN layer.) Further, it is considered that the GaN substrate obtained by the current technology has a residual strain in the substrate itself. In fact, when a nitride semiconductor laser device was formed on a conventional GaN substrate, the crack density was about 5 to 8 lines / cm 2 . From this, it was found that the crack density can be reduced by using the processed substrate of the nitride semiconductor in the present invention.

【0043】他方、図2(b)に示された異種基板を利
用した本発明における加工基板上に窒化物半導体レーザ
素子を形成した場合、クラック密度は約3〜5本/cm
2であった。これに対して、異種基板を利用した従来の
加工基板上に窒化物半導体レーザ素子を作製した場合、
クラック密度は約10〜20本/cm2であった。この
ことから、異種基板を含む加工基板の場合であっても、
本発明における加工基板を利用することによってクラッ
ク密度を低減し得ることがわかった。
On the other hand, when the nitride semiconductor laser device is formed on the processed substrate in the present invention using the heterogeneous substrate shown in FIG. 2B, the crack density is about 3 to 5 lines / cm.
Was 2 . On the other hand, when a nitride semiconductor laser device is manufactured on a conventional processed substrate using a heterogeneous substrate,
The crack density was about 10 to 20 cracks / cm 2 . From this, even in the case of a processed substrate including a heterogeneous substrate,
It has been found that the crack density can be reduced by using the processed substrate in the present invention.

【0044】上述の窪みによるクラックの抑制効果は、
窪みの深さが深いほど強く、窪みの密度が高いほど強か
った。窪みを深くするためには、加工基板を形成する際
に溝を深くするか、または溝幅を広くするか、または丘
幅を広くすれば効果的である。他方、窪みの密度を高く
するためには、加工基板を形成する際に溝幅を狭くする
か、または丘幅を狭くすれば効果的である。これらの溝
幅、溝深さ、および丘幅などの具体的な数値に関して
は、後でさらに詳細に説明する。
The effect of suppressing cracks due to the above-mentioned depressions is as follows.
The strength was stronger as the depth of the depression was deeper, and stronger as the density of the depression was higher. In order to make the depression deeper, it is effective to make the groove deeper, widen the groove, or widen the hill when forming the processing substrate. On the other hand, in order to increase the density of the depressions, it is effective to reduce the groove width or the hill width when forming the processing substrate. Specific numerical values such as the groove width, the groove depth, and the hill width will be described later in more detail.

【0045】さらに、本発明における窪みのクラック抑
制効果は、以下の特徴を有することがわかった。チップ
分割された1つの窒化物半導体発光素子内に、窪みが2
つ以上含まれることによって、窪みが1つの素子と比較
して、クラック発生率が約30%程度軽減されていた。
しかも、たとえば図1で示されるリッジストライプ構造
を有する窒化物半導体発光素子(レーザ素子)のよう
に、窪み1と窪み2との間にリッジストライプ部が設け
られた場合、とりわけその発光素子の歩留まりが向上し
た。これについて詳細に調べた結果、リッジストライプ
の長手方向を横切るようなクラックが軽減していたこと
が判明した。これは、リッジストライプ部の両側に窪み
を有することによって、クラックが窒化物半導体発光素
子のリッジストライプ部に侵入することを防止し得たた
めであると考えられる。
Further, it was found that the effect of suppressing depression cracks in the present invention has the following characteristics. In one nitride semiconductor light emitting device divided into chips, two dents are formed.
By including more than one element, the crack generation rate was reduced by about 30% as compared with one element.
Moreover, when a ridge stripe portion is provided between the depression 1 and the depression 2 as in, for example, a nitride semiconductor light emitting device (laser device) having a ridge stripe structure shown in FIG. Improved. As a result of investigating this in detail, it was found that cracks crossing the longitudinal direction of the ridge stripe were reduced. This is considered to be because cracks could be prevented from penetrating into the ridge stripe portion of the nitride semiconductor light emitting device by having the depressions on both sides of the ridge stripe portion.

【0046】また、本発明における窪みは、チップ分割
された1つの窒化物半導体発光素子の電極において以下
の効果を有することがわかった。1つの窒化物半導体発
光素子内に本発明における窪みが2つ以上含まれること
によって、窪みが1つの素子に比較して、電極剥がれに
よる素子不良率が約20%程度軽減されていた。しか
も、たとえば図1で示されるリッジストライプ構造を有
する窒化物半導体発光素子(レーザ素子)のように、窪
み1と窪み2との間にリッジストライプ部が設けられた
場合、とりわけリッジストライプ部でのp電極112
(パッド電極をも含む)の剥がれが防止され、その発光
素子の歩留まりが向上した。このことから、2つ以上の
窪みを含む領域上に電極が形成されることが好ましく、
より好ましくは窪みと窪みとの間にリッジストライプ部
が設けられて、これらの窪みを含む領域上に電極が形成
されることが好ましいことがわかった。このリッジスト
ライプ部での電極剥がれの防止効果は、誘電体膜の剥が
れについても同様であった。たとえば、図1で示すとこ
ろのSiO2誘電体膜113についても同様である。S
iO2誘電体膜113の代わりに、SiNxのような他の
誘電体膜が用いられてもよい。
Further, it has been found that the depression in the present invention has the following effects in the electrode of one nitride semiconductor light-emitting device divided into chips. When two or more dents according to the present invention are included in one nitride semiconductor light emitting element, the element defect rate due to electrode peeling is reduced by about 20% as compared with one element. Moreover, when a ridge stripe portion is provided between the depressions 1 and 2 as in a nitride semiconductor light emitting device (laser device) having a ridge stripe structure shown in FIG. p electrode 112
Peeling (including the pad electrode) was prevented, and the yield of the light emitting device was improved. For this reason, it is preferable that the electrode is formed on a region including two or more depressions,
It has been found that a ridge stripe portion is more preferably provided between the depressions, and the electrode is preferably formed on a region including these depressions. The effect of preventing the electrode peeling at the ridge stripe portion was the same for the peeling of the dielectric film. For example, the same applies to the SiO 2 dielectric film 113 shown in FIG. S
Instead of the iO 2 dielectric film 113, another dielectric film such as SiN x may be used.

【0047】さらにまた、本発明における窪みは、チッ
プ分割された1つの窒化物半導体素子のワイヤボンドに
おいて以下の効果を有することがわかった。ワイヤボン
ドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域に本発明に
おける窪みが1つ以上含まれることによって、ワイヤボ
ンド自体の剥がれまたはワイヤボンドを含む電極の剥が
れが約20%程度軽減されていた。このことから、ワイ
ヤボンドと窒化物半導体発光素子との間の接合領域に本
発明における窪みが1つ以上含まれることが好ましいこ
とがわかった。
Further, it has been found that the depression in the present invention has the following effects in wire bonding of one nitride semiconductor element divided into chips. Since one or more dents according to the present invention are included in the bonding region between the wire bond and the nitride semiconductor light emitting device, the peeling of the wire bond itself or the peeling of the electrode including the wire bond is reduced by about 20%. . From this, it was found that it is preferable that one or more dents in the present invention be included in the bonding region between the wire bond and the nitride semiconductor light emitting device.

【0048】(加工基板について)本発明における加工
基板は、窒化物半導体基板または異種基板を利用して構
成される。特に、加工基板として窒化物半導体基板を用
いる場合、以下の点において好ましい。すなわち、窒化
物半導体基板は、その上に形成される窒化物半導体下地
層との熱膨張係数差が小さいので、基板の反りが異種基
板を利用した場合に比べてはるかに小さくなる。したが
って、窒化物半導体基板に形成される溝と丘は、異種基
板上の窒化物半導体層に形成されるそれらと比べて、精
度よく形成され得る。また、後述の項目(発光部の形成
位置について)においてさらに詳細に述べられるが、基
板の反りが非常に小さいので、発光寿命の短命化のよう
な素子不良の起きやすい領域(後述の領域IIIとI
V)を避けて発光素子構造を精度よく作製することがで
きる。さらに、基板の反りが小さいこと自体が新たな歪
みやクラックの発生を防止するように作用し、半導体レ
ーザ素子の長寿命化の効果と他の特性不良を軽減する効
果をも生じる。
(Regarding Processed Substrate) The processed substrate in the present invention is constituted by using a nitride semiconductor substrate or a heterogeneous substrate. In particular, when a nitride semiconductor substrate is used as a processing substrate, it is preferable in the following points. That is, since the nitride semiconductor substrate has a small difference in thermal expansion coefficient from the nitride semiconductor base layer formed thereon, the warpage of the substrate is much smaller than in the case where a heterogeneous substrate is used. Therefore, the grooves and hills formed in the nitride semiconductor substrate can be formed with higher precision than those formed in the nitride semiconductor layer on the heterogeneous substrate. Further, as will be described in more detail in the following item (about the formation position of the light emitting portion), since the warpage of the substrate is very small, a region in which an element failure such as a short emission life is likely to occur (a region III and a region III described later) is likely to occur. I
V) can be avoided and the light emitting element structure can be manufactured with high accuracy. Furthermore, the small warpage of the substrate itself acts to prevent the occurrence of new distortion and cracks, and also has the effect of extending the life of the semiconductor laser element and reducing other characteristic defects.

【0049】(加工基板を被覆する窒化物半導体下地層
の被覆膜厚について)本発明において、加工基板が窒化
物半導体多層膜構造で被覆されない窪みを形成するため
には、たとえば窒化物半導体下地層を薄く成長させれば
よい。ただし、溝上方領域にも窪みを形成する場合は別
として、加工基板に形成された溝は平坦に埋没されなけ
れば、その溝上方領域に発光素子を形成することが困難
になる。したがって、窒化物半導体下地層の被覆膜厚
は、約2μm以上で20μm以下であることが好まし
い。被覆膜厚が2μmよりも薄くなれば、加工基板に形
成された溝幅や溝深さにも依存するが、窒化物半導体下
地層で溝を完全かつ平坦に埋没させることが困難になり
始める。他方、被覆膜厚が20μmよりも厚くなれば、
特に加工基板が異種基板を含む場合に、窪みによる結晶
歪みの緩和効果とクラック抑制効果よりも、加工基板と
窒化物半導体下地層(または窒化物半導体多層膜構造)
との間の熱膨張係数差による応力歪みの方が強くなりす
ぎて、本発明による効果が十分に発揮されなくなる可能
性が高くなる。
(Regarding the Film Thickness of the Nitride Semiconductor Underlayer Covering the Worked Substrate) In the present invention, in order to form a dent which is not covered with the nitride semiconductor multilayer film structure, for example, a nitride semiconductor The stratum may be grown thin. However, apart from the case where a recess is formed also in the region above the groove, it is difficult to form a light emitting element in the region above the groove unless the groove formed in the processing substrate is buried flat. Therefore, the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer is preferably about 2 μm or more and 20 μm or less. When the coating film thickness is smaller than 2 μm, it becomes difficult to completely and flatly bury the groove in the nitride semiconductor base layer, although it depends on the groove width and the groove depth formed in the processed substrate. . On the other hand, if the coating thickness is greater than 20 μm,
In particular, when the processed substrate includes a heterogeneous substrate, the processed substrate and the nitride semiconductor underlayer (or the nitride semiconductor multilayer film structure) are more effective than the effect of alleviating the crystal distortion due to the depression and the effect of suppressing the crack.
The stress-strain due to the difference in thermal expansion coefficient between the two becomes too strong, and the effect of the present invention may not be sufficiently exhibited.

【0050】(溝幅について)窒化物半導体基板に形成
する溝は、相対的に溝幅が狭ければ窒化物半導体下地層
で埋没されやすく、広ければ埋没されにくい。本発明者
らの検討結果によれば、加工基板に形成される溝を窒化
物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆するための溝幅G
1は、4μm以上で30μm以下であることが好まし
く、4μm以上で25μm以下であることがより好まし
かった。他方、加工基板に形成される溝を窒化物半導体
下地層で完全には被覆せずに窪みを形成するための溝幅
G2は、7μm以上で75μm以下であることが好まし
いが、7μm以上で約100μm以下であってもよかっ
た。ただし、加工基板の溝上方に窪みが形成されるか否
かは窒化物半導体下地層の被覆膜厚に強く依存するの
で、溝を完全かつ平坦に被覆する際や溝上方領域に窪み
を形成する際には、溝幅G1やG2とともに窒化物半導
体下地層の被覆膜厚を調整する必要がある。
(Regarding Groove Width) A groove formed in a nitride semiconductor substrate is easily buried in a nitride semiconductor base layer if the groove width is relatively small, and is difficult to be buried if it is wide. According to the study results of the present inventors, a groove width G for completely and flatly covering a groove formed on a processed substrate with a nitride semiconductor underlayer.
1 was preferably from 4 μm to 30 μm, more preferably from 4 μm to 25 μm. On the other hand, the groove width G2 for forming the depression without completely covering the groove formed on the processing substrate with the nitride semiconductor base layer is preferably 7 μm or more and 75 μm or less, but is preferably about 7 μm or more and about 75 μm or less. It may be 100 μm or less. However, whether or not a dent is formed above the groove of the processed substrate strongly depends on the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer. Therefore, when the groove is completely and flatly covered or a dent is formed in the region above the groove. In doing so, it is necessary to adjust the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer together with the groove widths G1 and G2.

【0051】溝幅G1の下限値と上限値は、以下の観点
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成されない溝1
の溝幅G1の下限値は、発光素子中の発光部の大きさに
依存する。発光素子中の発光部の形成位置については、
後述の項目(発光部の形成位置について)において図6
を参照しつつさらに詳細に説明される。たとえば、窪み
付き基板のうちで平坦に被覆された溝上方領域に窒化物
半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命の観
点から、窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ部
下方の発光部が図7(a)中の領域Iに属することが好
ましい。したがって、少なくとも溝幅G1の下限値は、
リッジストライプ幅の2倍よりも広くする必要がある。
リッジストライプ幅はおよそ1μm〜3μmの幅で形成
されるので、溝幅G1は図7(a)中の領域IIIの幅
2μmとストライプ幅(1μm)×2とを加えた4μm
以上でなければならないと見積もられる。
The lower limit and the upper limit of the groove width G1 were estimated from the following viewpoints. Groove 1 in which no depression is formed above the groove
The lower limit value of the groove width G1 depends on the size of the light emitting portion in the light emitting element. Regarding the formation position of the light emitting portion in the light emitting element,
FIG.
Will be described in more detail with reference to FIG. For example, when a nitride semiconductor laser device is formed in an upper region of a groove covered with a flat surface in a recessed substrate, the light emitting portion below the ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser device is formed as shown in FIG. It preferably belongs to region I in (a). Therefore, at least the lower limit of the groove width G1 is:
It must be wider than twice the ridge stripe width.
Since the ridge stripe width is formed to be approximately 1 μm to 3 μm, the groove width G1 is 4 μm obtained by adding the width 2 μm of the region III in FIG. 7A and the stripe width (1 μm) × 2.
It is estimated that it must be at least.

【0052】他方、溝幅G1に上限値が存在するのは、
溝幅G1が25μmを超えれば、窒化物半導体下地層を
被覆膜厚10μm以下の積層でその溝幅G1を有する溝
1を完全に埋没させることが困難になるからである。同
様に、溝幅G1が30μmを超えれば、窒化物半導体下
地層を被覆膜厚20μm以上に積層してもその溝1を完
全に埋没させることが困難になるからである。
On the other hand, the upper limit of the groove width G1 exists because
If the groove width G1 exceeds 25 μm, it becomes difficult to completely bury the groove 1 having the groove width G1 by laminating the nitride semiconductor underlayer with a coating thickness of 10 μm or less. Similarly, if the groove width G1 exceeds 30 μm, it becomes difficult to completely bury the groove 1 even if the nitride semiconductor underlayer is laminated to a coating film thickness of 20 μm or more.

【0053】溝幅G2の下限値と上限値は、以下の観点
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成される溝2の
溝幅G2の下限値についても、溝幅G1の下限値と同様
に、発光素子中の発光部の大きさに依存する。たとえ
ば、溝幅G2内に窪みが形成される溝2の上方領域に窒
化物半導体レーザ素子を作製する場合、レーザ発振寿命
の観点から、レーザ素子のリッジストライプ部の下方の
発光部は、図7(b)中の領域IIに属することが好ま
しい。リッジストライプ幅はおおよそ1μm〜3μm
で、最小の窪み幅は1μmで見積もることができるの
で、溝幅G2の下限値は窪みを含む領域IVの幅=窪み
幅(1μm)+2μm×2(図7(b)参照)とストラ
イプ幅(1μm)×2とを加えた7μm以上が必要であ
る。ただし、窪みが形成される溝の上方領域にリッジス
トライプ部が完全に含まれるようには窒化物半導体レー
ザ素子を形成しない場合はこの限りではなく、その場合
の溝幅G2は窪み幅(1μm)以上であればよく、より
好ましくは窪みを含む領域IVの幅(5μm)以上であ
ればよい。なお、領域IVの意味は後で図6を参照しつ
つ説明される。
The lower limit and the upper limit of the groove width G2 were estimated from the following viewpoints. Similarly to the lower limit of the groove width G1, the lower limit of the groove width G2 of the groove 2 in which the depression is formed above the groove depends on the size of the light emitting portion in the light emitting element. For example, when a nitride semiconductor laser device is manufactured in a region above a groove 2 in which a depression is formed in a groove width G2, the light emitting portion below the ridge stripe portion of the laser device is formed as shown in FIG. It preferably belongs to region II in (b). Ridge stripe width is approximately 1 μm to 3 μm
Since the minimum depression width can be estimated at 1 μm, the lower limit of the groove width G2 is the width of the region IV including the depression = the depression width (1 μm) +2 μm × 2 (see FIG. 7B) and the stripe width ( 1 μm) × 2 and 7 μm or more. However, this is not the case when the nitride semiconductor laser element is not formed so that the ridge stripe portion is completely included in the region above the groove in which the depression is formed, and the groove width G2 in that case is the depression width (1 μm). It is sufficient if the width is equal to or greater than the width, more preferably the width (5 μm) of the region IV including the depression. The meaning of the region IV will be described later with reference to FIG.

【0054】他方、溝の上方に窪みが形成される溝2の
溝幅G2の上限値は、レーザ発振寿命の観点からは特に
制約はない。しかしながら、あまりにG2を広くしすぎ
ればウエハの単位面積当りの窪み密度が減少し、結晶歪
みの緩和効果やクラックの抑制効果が低減してしまう。
これに伴って、ウエハ当りの発光素子チップ収得率も減
少してしまう。したがって、上記観点から、溝幅G2の
上限値は100μm以下、より好ましくは75μm以下
である。
On the other hand, the upper limit of the groove width G2 of the groove 2 in which the depression is formed above the groove is not particularly limited from the viewpoint of the laser oscillation life. However, if G2 is too large, the dent density per unit area of the wafer decreases, and the effect of alleviating crystal distortion and the effect of suppressing cracks decrease.
Along with this, the yield of light emitting element chips per wafer also decreases. Therefore, from the above viewpoint, the upper limit of the groove width G2 is 100 μm or less, and more preferably 75 μm or less.

【0055】以上では、溝幅のみを変更した加工基板に
ついて説明されたが、溝幅のみならず溝深さおよび/ま
たは丘幅をも変更して加工基板を形成してもよいことは
言うまでもない。
In the above, the processed substrate in which only the groove width is changed has been described. However, it goes without saying that the processed substrate may be formed by changing not only the groove width but also the groove depth and / or the hill width. .

【0056】(溝深さについて)窒化物半導体基板に形
成する溝は、相対的にその深さが浅ければ窒化物半導体
下地層で埋没されやすく、深ければ埋没されにくい。そ
して、溝深さの調整による窪みの形成は、溝幅を調整し
て窪みを形成する場合に比べて、ウエハ当りの発光素子
チップ収得率が減少しないので好ましい。
(Groove Depth) A groove formed in a nitride semiconductor substrate is easily buried in a nitride semiconductor underlayer if the depth is relatively shallow, and hard to be buried if it is deep. The formation of the depression by adjusting the groove depth is preferable because the yield of the light emitting element chips per wafer does not decrease as compared with the case where the depression is formed by adjusting the groove width.

【0057】本発明者らの検討結果によれば、加工基板
に形成される溝を窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に
被覆するための溝深さH1は、1μm以上で9μm以下
であることが好ましく、2μm以上で6μm以下である
ことがより好ましかった。他方、加工基板の形成される
溝を窒化物半導体下地層で完全には被覆せずに窪みを形
成するための溝深さH2は、1μm以上であることが好
ましく、2μm以上であることがより好ましかった。溝
深さH2の上限値に関しては特に制約はなく、図2
(a)に示されているような残し厚hが100μm以上
であればよい。ただし、加工基板の溝上方に窪みが形成
されるか否かは窒化物半導体下地層の被覆膜厚に強く依
存するので、溝を完全かつ平坦に被覆する際や溝上方に
窪みを形成する際は、溝深さH1やH2とともに窒化物
半導体下地層の被覆膜厚を調整する必要がある。
According to the study results of the present inventors, the groove depth H1 for completely and flatly covering the groove formed on the processed substrate with the nitride semiconductor base layer is not less than 1 μm and not more than 9 μm. And more preferably 2 μm or more and 6 μm or less. On the other hand, the groove depth H2 for forming a depression without completely covering the groove formed in the processing substrate with the nitride semiconductor base layer is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more. I liked it. There is no particular limitation on the upper limit of the groove depth H2.
The remaining thickness h as shown in FIG. However, whether or not a dent is formed above the groove of the processed substrate strongly depends on the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer. Therefore, when the groove is completely and flatly covered, or when a dent is formed above the groove. In this case, it is necessary to adjust the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer together with the groove depths H1 and H2.

【0058】溝深さH1の下限値と上限値は、以下の観
点から見積もられた。溝の上方に窪みが形成されない溝
1の溝深さH1の下限値は、1μm以上であることが好
ましく、2μm以上であることがより好ましい。なぜな
らば、溝深さH1が1μmよりも浅ければ、結晶成長形
態における横方向成長よりも基板主面に対して垂直方向
の成長が優先的になり、横方向成長による結晶歪みの低
減効果が十分に発揮されなくなる可能性があるからであ
る。そして、溝深さH1の下限値が2μm以上になれ
ば、横方向成長による結晶歪みの低減効果が十分に発揮
され得るからである。
The lower limit and the upper limit of the groove depth H1 were estimated from the following viewpoints. The lower limit of the groove depth H1 of the groove 1 in which no depression is formed above the groove is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more. This is because if the groove depth H1 is smaller than 1 μm, the growth in the vertical direction with respect to the main surface of the substrate has priority over the horizontal growth in the crystal growth mode, and the effect of reducing the crystal distortion due to the horizontal growth is reduced. This is because there is a possibility that it will not be sufficiently exhibited. If the lower limit of the groove depth H1 is 2 μm or more, the effect of reducing crystal distortion due to lateral growth can be sufficiently exhibited.

【0059】他方、溝深さH1の上限値としては、9μ
m以下であることが好ましく、6μm以下であることが
より好ましかった。なぜならば、溝深さH1が6μmを
超えれば窒化物半導体下地層を被覆膜厚10μm以下の
積層でその溝深さH1を有する溝1を完全に埋没させる
ことが困難になり始めるからである。同様に、溝深さH
1が9μmを超えれば窒化物半導体下地層を被覆膜厚2
0μm以上に積層してもその溝1を完全に埋没させるこ
とが困難になり始めるからである。
On the other hand, the upper limit of the groove depth H1 is 9 μm.
m or less, and more preferably 6 μm or less. This is because, if the groove depth H1 exceeds 6 μm, it becomes difficult to completely bury the groove 1 having the groove depth H1 by laminating the nitride semiconductor underlayer with a coating thickness of 10 μm or less. . Similarly, the groove depth H
If 1 exceeds 9 μm, the nitride semiconductor underlayer is coated with a film thickness of 2
This is because it becomes difficult to completely bury the groove 1 even if the groove 1 is laminated to a thickness of 0 μm or more.

【0060】溝深さH2の下限値と上限値は以下の観点
から見積もられた。溝の上方に窪みが形成される溝2の
溝深さH2の下限値としては、溝深さH1と同じく1μ
m以上であることが好ましく、2μm以上であることが
より好ましい。なぜならば、溝深さH1に関して述べた
ように、横方向成長による結晶歪みの低減効果が十分に
得られていなければ、溝2の上方領域に形成した発光素
子の特性(たとえばレーザ発振寿命)が低下する可能性
があるからである。溝深さH2とH1との下限値が同じ
でありながら、窒化物半導体膜によって溝上方領域に窪
みが形成されるかまたはそれが完全に埋没されるかは、
その窒化物半導体下地層の被覆膜厚に依存する。他方、
溝深さH2の上限値に関しては特に制約はなく、溝深さ
H2が深いほど窪みの形成が容易になる。ただし、あま
りに溝2を深くしすぎれば加工基板が割れやすくなるの
で、溝の底部と基板の裏面との間の残し厚hが100μ
m以上になるようにしなければならない(図2(a)参
照)。
The lower limit and upper limit of the groove depth H2 were estimated from the following viewpoints. The lower limit of the groove depth H2 of the groove 2 in which the depression is formed above the groove is 1 μm as in the case of the groove depth H1.
m or more, more preferably 2 μm or more. This is because, as described with respect to the groove depth H1, if the effect of reducing the crystal distortion due to the lateral growth is not sufficiently obtained, the characteristics of the light emitting element formed in the region above the groove 2 (for example, the laser oscillation life) may be reduced. This is because there is a possibility that it will decrease. While the lower limit value of the groove depths H2 and H1 is the same, whether a dent is formed in the region above the groove by the nitride semiconductor film or is completely buried is determined by
It depends on the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer. On the other hand,
There is no particular limitation on the upper limit of the groove depth H2, and the deeper the groove depth H2, the easier it is to form a depression. However, if the groove 2 is too deep, the processed substrate is likely to be cracked. Therefore, the remaining thickness h between the bottom of the groove and the back surface of the substrate is 100 μm.
m (see FIG. 2A).

【0061】以上では溝深さのみを変更した加工基板に
ついて説明したが、溝深さのみならず溝幅および/また
は丘幅をも変更して加工基板を形成してもよいことは言
うまでもない。
In the above, the processed substrate in which only the groove depth is changed has been described. However, it goes without saying that the processed substrate may be formed by changing not only the groove depth but also the groove width and / or the hill width.

【0062】(丘幅について)加工基板に形成される丘
は、相対的に丘幅が狭ければ窒化物半導体下地層で埋没
されやすく、広ければ埋没されにくい。本発明者らの検
討結果によれば、加工基板に形成される丘を窒化物半導
体下地層で完全かつ平坦に被覆するための丘幅L1は、
4μm以上で30μm以下であることが好ましく、4μ
m以上で25μm以下であることがさらに好ましかっ
た。他方、加工基板に形成される丘を窒化物半導体下地
層で完全に被覆せずに窪みを形成するための丘幅L2
は、7μm以上で75μm以下であることが好ましく、
7μm以上で100μm以下であってもよかった。ただ
し、加工基板の丘上方に窪みが形成されるか否かは窒化
物半導体下地層の被覆膜厚に強く依存するので、丘を完
全かつ平坦に被覆する際や丘の上方領域に窪みを形成す
る際に、丘幅L1やL2とともに窒化物半導体下地層の
被覆膜厚をも調整する必要がある。
(Regarding the hill width) The hill formed on the processed substrate is easily buried in the nitride semiconductor base layer if the hill width is relatively narrow, and hard to be buried if it is wide. According to the study results of the present inventors, the hill width L1 for completely and flatly covering the hill formed on the processed substrate with the nitride semiconductor underlayer is:
4 μm or more and 30 μm or less, preferably 4 μm
More preferably, it is not less than m and not more than 25 μm. On the other hand, a hill width L2 for forming a depression without completely covering the hill formed on the processing substrate with the nitride semiconductor underlayer.
Is preferably 7 μm or more and 75 μm or less,
It may be 7 μm or more and 100 μm or less. However, whether or not a dent is formed above the hill of the processed substrate strongly depends on the thickness of the nitride semiconductor base layer. Therefore, when the hill is completely and flatly covered, or when a dent is formed in the region above the hill. When forming, it is necessary to adjust not only the hill widths L1 and L2 but also the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer.

【0063】丘幅L1の下限値と上限値は、以下の観点
から見積もられた。丘の上方に窪みが形成されない丘1
の丘幅L1の下限値は前述の溝幅G1の下限値と同様に
発光素子中の発光部の大きさに依存する。たとえば、窪
み付き基板のうちで丘上方で平坦に被覆された領域に窒
化物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命
の観点から、そのレーザ素子のリッジストライプ部の下
方の発光部が窪みの形成されていない領域I(図7
(b)参照)に属することが好ましい。リッジストライ
プ幅は約1μm〜3μmの幅で形成され、丘上方で窪み
の形成されない場合の領域IIIの幅は2μmと見積も
ることができるので、丘幅L1の下限値はストライプ幅
(1μm)×2と領域IIIの幅2μmを加えた4μm
以上であることが必要である。他方、丘幅L1の上限値
に関しても前述の溝1の幅の上限値と同様に見積もるこ
とができる。
The lower and upper limits of the hill width L1 were estimated from the following viewpoints. Hill 1 where no depression is formed above the hill
The lower limit of the hill width L1 depends on the size of the light-emitting portion in the light-emitting element, similarly to the above-described lower limit of the groove width G1. For example, when a nitride semiconductor laser device is formed in a region of a recessed substrate that is flatly covered above a hill, the light emitting portion below the ridge stripe portion of the laser device has a recess from the viewpoint of laser oscillation life. In the region I where no pattern is formed (FIG. 7)
(B)). The ridge stripe width is about 1 μm to 3 μm, and the width of the region III when no depression is formed above the hill can be estimated to be 2 μm. Therefore, the lower limit of the hill width L1 is stripe width (1 μm) × 2. 4 μm obtained by adding 2 μm width of region III
It is necessary to be above. On the other hand, the upper limit of the hill width L1 can be estimated in the same manner as the above-described upper limit of the width of the groove 1.

【0064】さらに、丘幅L2の下限値と上限値は、以
下のようにして見積もられた。丘の上に窪みが形成され
ない丘2の丘幅L2の下限値は、前述の溝幅G2の下限
値と同様に、発光素子中の発光部の大きさに依存する。
たとえば、窪みを含む丘幅L2の丘2の上方領域に窒化
物半導体レーザ素子を形成する場合、レーザ発振寿命の
観点から、そのレーザ素子のリッジストライプ部の下方
の発光部が図7(a)中の領域IIに属することが好ま
しい。リッジストライプ部は約1〜3μmの幅で形成さ
れ、最小の窪み幅を1μmで見積もることができるの
で、丘幅L2の下限値は窪みを含む領域IVの幅=窪み
幅(1μm)+2μm×2とストライプ幅(1μm)×
2とを加えた7μm以上でなければならない。ただし、
窪みが形成される丘2の上方領域にリッジストライプ部
が完全に含まれるように窒化物半導体レーザ素子を形成
しない場合はこの限りでなく、その場合の丘幅L2は窪
み幅(1μm)以上であればよく、より好ましくは窪み
を含む領域IVの幅(5μm)以上であればよい。他
方、丘の上方に窪みが形成される丘2の丘幅L2の上限
値は、レーザ発振寿命の観点からは特に制約はない。し
かしながら、前述の溝2の溝幅G2の上限値と同様の理
由から、丘幅L2の上限値は100μm以下、より好ま
しくは75μm以下である。
Further, the lower limit and the upper limit of the hill width L2 were estimated as follows. The lower limit of the hill width L2 of the hill 2 in which no depression is formed on the hill depends on the size of the light emitting portion in the light emitting element, similarly to the above lower limit of the groove width G2.
For example, when a nitride semiconductor laser device is formed in an area above a hill 2 having a hill width L2 including a depression, the light emitting portion below the ridge stripe portion of the laser device is shown in FIG. It preferably belongs to region II in the middle. The ridge stripe portion is formed with a width of about 1 to 3 μm, and the minimum depression width can be estimated at 1 μm. Therefore, the lower limit of the hill width L2 is the width of the region IV including the depression = the depression width (1 μm) +2 μm × 2. And stripe width (1 μm) ×
2 plus 7 μm. However,
This is not the case when the nitride semiconductor laser element is not formed so that the ridge stripe portion is completely included in the area above the hill 2 where the depression is formed. In this case, the hill width L2 is not less than the depression width (1 μm). It is preferable that the width be equal to or more than the width (5 μm) of the region IV including the depression. On the other hand, the upper limit value of the hill width L2 of the hill 2 where the depression is formed above the hill is not particularly limited from the viewpoint of the laser oscillation life. However, for the same reason as the upper limit of the groove width G2 of the groove 2, the upper limit of the hill width L2 is 100 μm or less, more preferably 75 μm or less.

【0065】以上では、丘幅のみを変更した加工基板に
ついて説明したが、丘幅のみならず溝幅および/または
溝深さをも変えて加工基板を形成してもよいことは言う
までもない。
In the above, the processed substrate in which only the hill width is changed has been described. However, it goes without saying that the processed substrate may be formed by changing not only the hill width but also the groove width and / or the groove depth.

【0066】(溝の長手方向について)主面として{0
001}C面を有する窒化物半導体基板または異種基板
上の窒化物半導体層に形成された溝の長手方向は、<1
−100>方向に平行であることが最も好ましく、<1
1−20>方向に平行であることが次に好ましかった。
これらの特定方向に関する溝の長手方向は、{000
1}C面内で±5°程度の開き角度を有していても実質
的な影響を生じなかった。
(With respect to the longitudinal direction of the groove) As a main surface, $ 0
The longitudinal direction of a groove formed in a nitride semiconductor substrate having a 001 ° C. plane or a nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate is <1.
Most preferably, it is parallel to the <-100> direction.
It was next preferred to be parallel to the 1-20> direction.
The longitudinal direction of the groove in these specific directions is $ 000
Even if it had an opening angle of about ± 5 ° within the 1 ° C plane, no substantial influence was caused.

【0067】窒化物半導体結晶の<1−100>方向に
沿って溝が形成されることの優位性は、窪みが埋まりに
くくて結晶歪みとクラック発生の抑制効果が非常に高い
ことである。この方向に沿って形成された溝内に窒化物
半導体下地層が成長する場合、窪みの側壁面としては主
に{11−20}面が形成されやすい。この{11−2
0}側壁面は図8(a)に示されているように基板の主
面に対して垂直であるので、窪みはほぼ矩形形状の横断
面を有しやすくなる。窪みの横断面が矩形形状に近い場
合、窒化物半導体を構成する原材料が窪みの奥まで供給
されにくく、溝が窒化物半導体下地層で埋まりにくくな
る。このことから、加工基板を窒化物半導体下地層で比
較的厚く被覆したとしても、窪みが埋没される心配がな
い。また、窪みの断面が矩形形状であって埋まりにくい
ので、次に述べる{1−101}側壁面を有する窪みに
比べて非常に深くなり(加工基板に形成された溝深さを
ほぼ維持する)、加工基板上に成長した窒化物半導体下
地層の結晶歪みがその深い窪みによって緩和され、クラ
ックの発生も効果的に抑制され得る。
The advantage of forming a groove along the <1-100> direction of the nitride semiconductor crystal is that the depression is difficult to fill, and the effect of suppressing crystal distortion and crack generation is extremely high. When a nitride semiconductor underlayer grows in a groove formed along this direction, a {11-20} plane is likely to be mainly formed as a side wall surface of the depression. This $ 11-2
Since the 0 ° side wall surface is perpendicular to the main surface of the substrate as shown in FIG. 8A, the depression tends to have a substantially rectangular cross section. When the cross section of the depression is close to a rectangular shape, it is difficult for the raw material constituting the nitride semiconductor to be supplied to the depth of the depression, and the groove is hard to be filled with the nitride semiconductor underlayer. For this reason, even if the processed substrate is relatively thickly covered with the nitride semiconductor underlayer, there is no fear that the dent is buried. In addition, since the cross section of the dent is rectangular and is difficult to be filled, the depth of the dent becomes extremely deeper than that of the dent having the {1-101} sidewall surface described below (the depth of the groove formed in the processing substrate is substantially maintained). In addition, the crystal distortion of the nitride semiconductor underlayer grown on the processed substrate is alleviated by the deep depression, and the generation of cracks can be effectively suppressed.

【0068】他方、窒化物半導体結晶の<11−20>
方向に沿って溝が形成されることの優位性は、窪みの形
状が急峻でかつ窪みの位置の揺らぎが小さくなることで
ある。この方向に沿って形成された溝内に窒化物半導体
下地層が成長する場合、窪みの側壁面には主に{1−1
01}面が形成されやすい。この{1−101}側壁面
は非常に平坦でかつエッジ部(図3参照)が急峻で蛇行
しにくいので、<11−20>方向に沿った窪みもまっ
すぐになって蛇行しにくい。したがって、後述される発
光寿命の長い発光素子を形成するための領域IとIIを
広く取ることができ(発光素子収得率の向上)、レーザ
素子の形成位置の狂いによる素子歩留まりの低下をも防
止することができる。
On the other hand, the nitride semiconductor crystal <11-20>
The advantage of forming the groove along the direction is that the shape of the depression is steep and the fluctuation of the position of the depression is small. When the nitride semiconductor underlayer grows in the trench formed along this direction, the side wall surface of the dent mainly becomes {1-1}.
The 01 ° plane is easily formed. Since the {1-101} side wall surface is very flat and the edge portion (see FIG. 3) is steep and does not meander, the dent along the <11-20> direction is also straight and hard to meander. Therefore, the regions I and II for forming a light-emitting element having a long light-emitting life, which will be described later, can be widened (improving the yield of the light-emitting element), and a decrease in the element yield due to a misaligned laser element formation position can be prevented. can do.

【0069】前述の溝または丘はすべてストライプ状で
あったが、ストライプ状であることは以下の点において
好ましい。すなわち、窒化物半導体レーザ素子の発振に
寄与する部分(リッジストライプ部の下方)はストライ
プ状であり、好ましいリッジストライプ部形成領域Iと
IIもストライプ状であれば、その発振に寄与する部分
をその好ましい領域IまたはII内に作り込むことが容
易になる。溝または丘が桝目状であることは、結晶歪み
が基板面内で均等に緩和され得る点と、クラック発生の
抑制効果が高い点において好ましい。たとえば図5に示
されているように、溝が桝目状に形成されてもよい。
Although the above-mentioned grooves or hills are all stripe-shaped, the stripe-shaped one is preferable in the following points. That is, the portion contributing to the oscillation of the nitride semiconductor laser device (below the ridge stripe portion) has a stripe shape, and if the preferable ridge stripe portion forming regions I and II are also in a stripe shape, the portion contributing to the oscillation is represented by the stripe. It is easy to make it into the preferred region I or II. It is preferable that the grooves or hills have a mesh shape in that the crystal distortion can be alleviated uniformly in the substrate surface and the crack suppressing effect is high. For example, as shown in FIG. 5, the grooves may be formed in a mesh shape.

【0070】図5(a)は、異なる2種類の溝方向が互
いに直交するように形成された場合における凹部と凸部
を有する加工基板の上面図を表わしている。図5(b)
は、異なる2種類の溝方向が互いに60度の角度をなす
ように形成された場合における凹部と凸部を有する加工
基板の上面図を表わしている。そして、図5(c)は、
異なる3種類の溝方向が互いに60度の角度をなすよう
に形成された場合における凹部と凸部を有する加工基板
の上面図を表わしている。
FIG. 5A is a top view of a processed substrate having a concave portion and a convex portion when two different types of groove directions are formed so as to be orthogonal to each other. FIG. 5 (b)
Shows a top view of a processed substrate having a concave portion and a convex portion when two different types of groove directions are formed so as to form an angle of 60 degrees with each other. And FIG. 5 (c)
FIG. 4 shows a top view of a processed substrate having a concave portion and a convex portion when three different types of groove directions are formed so as to form an angle of 60 degrees with each other.

【0071】(窒化物半導体下地層について)加工基板
を被覆する窒化物半導体膜からなる下地層としては、た
とえばGaN膜、AlGaN膜、またはInGaN膜な
どを用いることができる。また、窒化物半導体下地層中
に、Si、O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、Mg
およびBeの不純物群のうちで少なくとも1種の不純物
を添加することができる。
(Regarding Nitride Semiconductor Underlayer) As the underlayer made of a nitride semiconductor film covering the processed substrate, for example, a GaN film, an AlGaN film, an InGaN film, or the like can be used. Further, Si, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg
And at least one impurity in the impurity group of Be can be added.

【0072】窒化物半導体下地層がGaN膜であれば、
以下の点において好ましい。すなわち、GaN膜は2元
混晶であるので、結晶成長の制御性が良好である。ま
た、GaN膜の表面マイグレーション長はAlGaN膜
に比べて長く、InGaN膜に比べて短いので、溝を埋
めて平坦化したい部分は適度にGaN膜で被覆され、窪
みを形成したい部分はGaN膜による被覆が適度に制限
される。窒化物半導体下地層として利用されるGaN膜
の不純物濃度は、1×1017/cm3以上で5×1018
/cm3以下が好ましい。このような濃度範囲で不純物
を添加すれば、窒化物半導体下地層の表面モホロジーが
良好になって、結果的に発光層の層厚が均一化されて素
子特性が向上し得る。
If the nitride semiconductor underlayer is a GaN film,
It is preferable in the following points. That is, since the GaN film is a binary mixed crystal, the controllability of crystal growth is good. Further, since the surface migration length of the GaN film is longer than that of the AlGaN film and shorter than that of the InGaN film, the portion where the trench is to be filled and flattened is appropriately covered with the GaN film, and the portion where the depression is to be formed is made of the GaN film. Coating is moderately limited. The impurity concentration of the GaN film used as the nitride semiconductor underlayer is 1 × 10 17 / cm 3 or more and 5 × 10 18
/ Cm 3 or less. If the impurity is added in such a concentration range, the surface morphology of the nitride semiconductor underlayer becomes good, and as a result, the thickness of the light emitting layer can be made uniform and the device characteristics can be improved.

【0073】窒化物半導体下地層がAlGaN膜であれ
ば、以下の点において好ましい。AlGaN膜において
は、Alが含まれているので、GaN膜やInGaN膜
に比べて表面マイグレーション長が短い。表面マイグレ
ーション長が短いということは、窪みの横断面形状が急
峻な状態を維持し(たとえば、図3中のエッジ部がだれ
ず)、窪みの底に窒化物半導体が流れ込みにくい(窪み
が埋まりにくい)ことを意味する。また、溝の被覆の際
においても、窒化物半導体が溝の底部に流れ込み難く
て、溝の側壁からの結晶成長が促進されるので横方向成
長が顕著になって、結晶歪みを一層緩和させることが可
能となる。AlxGa1-xN膜のAl組成比xは0.01
以上で0.15以下であることが好ましく、0.01以
上で0.07以下であることがより好ましい。Alの組
成比xが0.01よりも小さければ、前述の表面マイグ
レーション長が長くなってしまう可能性がある。他方、
Alの組成比xが0.15よりも大きくなれば、表面マ
イグレーション長が短くなりすぎて、溝を埋めて平坦化
させたい領域までが平坦に埋まりにくくなる可能性があ
る。なお、AlGaN膜に限らず、この膜と同等の効果
は、窒化物半導体下地層にAlが含まれていれば得られ
る。また、窒化物半導体下地層として利用されるAlG
aN膜の不純物濃度は、3×1017/cm3以上で5×
1018/cm3以下が好ましい。このような濃度範囲で
Alと同時に不純物が添加されれば、窒化物半導体下地
層の表面マイグレーション長が短くなって好ましい。こ
のことによって、結晶歪みを一層緩和させることが可能
になる。
If the nitride semiconductor underlayer is an AlGaN film, it is preferable in the following points. Since the AlGaN film contains Al, the surface migration length is shorter than that of the GaN film or the InGaN film. The fact that the surface migration length is short means that the cross section of the dent maintains a steep state (for example, the edge in FIG. 3 does not drop), and the nitride semiconductor does not easily flow into the bottom of the dent (the dent is difficult to fill). ) Means that. In addition, even when the trench is covered, the nitride semiconductor does not easily flow into the bottom of the trench, and the crystal growth from the sidewall of the trench is promoted, so that the lateral growth becomes remarkable and the crystal distortion is further reduced. Becomes possible. The Al composition ratio x of the Al x Ga 1 -xN film is 0.01
The above is preferably 0.15 or less, more preferably 0.01 or more and 0.07 or less. If the composition ratio x of Al is smaller than 0.01, the above-mentioned surface migration length may be increased. On the other hand,
If the composition ratio x of Al is larger than 0.15, the surface migration length may be too short, and it may be difficult to fill a groove to a region to be flattened. In addition, an effect equivalent to that of the AlGaN film is obtained as long as the nitride semiconductor underlayer contains Al. In addition, AlG used as a nitride semiconductor underlayer is used.
The impurity concentration of the aN film is 5 × when the impurity concentration is 3 × 10 17 / cm 3 or more.
It is preferably 10 18 / cm 3 or less. If an impurity is added simultaneously with Al in such a concentration range, the surface migration length of the nitride semiconductor underlayer is preferably reduced. This makes it possible to further reduce crystal distortion.

【0074】窒化物半導体下地層がInGaN膜であれ
ば、以下の点において好ましい。InGaN膜において
は、Inが含まれているので、GaN膜やAlGaN膜
と比べて弾性的である。したがって、InGaN膜は加
工基板の溝に埋まって、基板からの結晶歪みを窒化物半
導体多層膜構造全体に拡散させ、効果的に結晶の歪みを
緩和させる働きを有する。InxGa1-xN膜のIn組成
比xは0.01以上で0.15以下であることが好まし
く、0.01以上で0.1以下であることがより好まし
い。Inの組成比xが0.01よりも小さければ、In
を含むことによる弾力性の効果が得られにくくなる可能
性がある。また、Inの組成比xが0.15よりも大き
くなれば、InGaN膜の結晶性が低下してしまう可能
性がある。なお、InGaN膜に限らず、この膜と同等
の効果は、窒化物半導体下地層にInが含まれていれば
得られる。また、窒化物半導体下地層として利用される
InGaN膜の不純物濃度は、1×1017/cm3以上
で4×1018/cm3以下が好ましい。このような濃度
範囲でInと同時に不純物が添加されれば、窒化物半導
体下地層の表面モホロジーが良好であって、かつ弾性力
を保有し得るので好ましい。
If the nitride semiconductor underlayer is an InGaN film, it is preferable in the following points. Since the InGaN film contains In, it is more elastic than a GaN film or an AlGaN film. Therefore, the InGaN film is buried in the groove of the processing substrate, and has a function of diffusing crystal strain from the substrate throughout the nitride semiconductor multilayer film structure, thereby effectively relaxing crystal distortion. The In composition ratio x of the In x Ga 1 -xN film is preferably 0.01 or more and 0.15 or less, and more preferably 0.01 or more and 0.1 or less. If the composition ratio x of In is smaller than 0.01, In
, It may be difficult to obtain the elasticity effect. If the composition ratio x of In is larger than 0.15, the crystallinity of the InGaN film may be reduced. In addition, an effect equivalent to that of the InGaN film is not limited to the InGaN film, and can be obtained if the nitride semiconductor underlayer contains In. Further, the impurity concentration of the InGaN film used as the nitride semiconductor underlayer is preferably 1 × 10 17 / cm 3 or more and 4 × 10 18 / cm 3 or less. It is preferable that the impurity be added simultaneously with In in such a concentration range because the surface morphology of the nitride semiconductor underlayer is good and the nitride semiconductor can have elasticity.

【0075】(発光部の形成位置について)本発明者ら
による詳細な検討の結果、窒化物半導体レーザ素子の発
光部(リッジストライプ部の下方)が窪み付き基板のど
の位置に形成されるかに依存して、レーザ発振寿命が変
化することが見出された。ここで発光部とは、発光素子
に電流が注入されて、発光層のうちで実質的に発光に寄
与する部分である。たとえば、リッジストライプ構造を
有する窒化物半導体レーザ素子の場合、電流が狭窄注入
されるリッジストライプ部の下方の発光層部分である。
(Regarding the formation position of the light emitting portion) As a result of a detailed study by the present inventors, the position of the light emitting portion (below the ridge stripe portion) of the nitride semiconductor laser device formed on the recessed substrate is determined. It has been found that the laser oscillation lifetime varies depending on the laser oscillation lifetime. Here, the light emitting portion is a portion of the light emitting layer which substantially contributes to light emission when a current is injected into the light emitting element. For example, in the case of a nitride semiconductor laser device having a ridge stripe structure, it is a light-emitting layer portion below a ridge stripe portion into which current is confined and injected.

【0076】図6において、グラフの横軸は窪み付き基
板の溝中央cからその幅方向にリッジストライプ端aま
での距離を表わし、縦軸はレーザ出力30mWと雰囲気
温度60℃の条件下でのレーザ発振寿命を表わしてい
る。ここで、溝中央cからリッジストライプ端aまでの
距離(以後、c−a距離と呼ぶ)は、溝中央cから幅方
向に右側が正で左側が負で表示されている。なお、図6
で測定された窒化物半導体レーザ素子の構造と製法は後
述の実施形態8と同様であってGaN加工基板が用いら
れ、リッジストライプ幅は2μmであり、溝幅は18μ
mであり、丘幅は15μmであり、そして丘上方の窪み
幅は3μmであった。
In FIG. 6, the horizontal axis of the graph represents the distance from the groove center c of the recessed substrate to the ridge stripe end a in the width direction, and the vertical axis represents the laser output of 30 mW and the ambient temperature of 60 ° C. It shows the laser oscillation life. Here, the distance from the groove center c to the ridge stripe end a (hereinafter referred to as c-a distance) is indicated such that the right side in the width direction from the groove center c is positive and the left side is negative. FIG.
The structure and manufacturing method of the nitride semiconductor laser device measured in the above were the same as in Embodiment 8 described later, a GaN processed substrate was used, the ridge stripe width was 2 μm, and the groove width was 18 μm.
m, the hill width was 15 μm, and the dimple width above the hill was 3 μm.

【0077】図6からわかるように、リッジストライプ
部が溝の上方に形成された窒化物半導体レーザ素子のレ
ーザ発振寿命は、リッジストライプ部が丘の上方に形成
されたものよりも長くなる傾向を示した。さらに詳細に
調べたところ、溝上方の領域内であっても、c−a距離
が−3μmよりも大きくて1μmよりも小さい領域にリ
ッジストライプ部が形成されれば、レーザ発振寿命が劇
的に減少することがわかった。ここで、リッジストライ
プ部の幅が2μmであることを考慮して、c−a距離−
3μmが溝中央cからリッジストライプ端bまでの距離
(以後、c−b距離と呼ぶ)に換算されれば、c−b距
離は−1μmになる。すなわち、窒化物半導体レーザ素
子のリッジストライプ部の少なくとも一部が溝中央cか
ら幅方向に左右1μm未満の範囲内に含まれるように形
成されたとき、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまう
ことがわかった。
As can be seen from FIG. 6, the laser oscillation lifetime of a nitride semiconductor laser device having a ridge stripe formed above a groove tends to be longer than that of a nitride semiconductor laser device having a ridge stripe formed above a hill. Indicated. Further investigation revealed that, even in the region above the groove, if the ridge stripe portion was formed in a region where the ca distance was larger than -3 μm and smaller than 1 μm, the laser oscillation life was dramatically improved. It was found to decrease. Here, taking into account that the width of the ridge stripe portion is 2 μm, the c−a distance−
If 3 μm is converted into the distance from the groove center “c” to the ridge stripe end “b” (hereinafter referred to as “c−b distance”), the c−b distance becomes −1 μm. That is, when at least a part of the ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser element is formed so as to be included within a range of less than 1 μm in the width direction from the groove center c to the left and right, the laser oscillation life is dramatically reduced. I understand.

【0078】このようなレーザ発振寿命が劇的に減少す
る領域(溝中央cから幅方向に左右1μm未満の範囲)
を領域IIIと呼ぶことにする。したがって、窒化物半
導体レーザ素子のリッジストライプ部は、領域IIIを
除く範囲に、その全体(a−b幅)が含まれるように形
成されることが好ましい。ここで、溝幅範囲内におい
て、溝中央cから幅方向に左右1μm以上の範囲を領域
Iと呼ぶことにする。この領域Iは、以下で述べる領域
IIに比べても、レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レ
ーザ素子を形成することが可能な領域であり、窪み付き
基板のうちで最も好ましい領域である。
Region where the laser oscillation life is dramatically reduced (range of less than 1 μm in the width direction from the center c of the groove).
Will be referred to as a region III. Therefore, it is preferable that the ridge stripe portion of the nitride semiconductor laser element be formed so as to include the entire area (ab width) in a range excluding the region III. Here, within the groove width range, a range of 1 μm or more in the width direction from the groove center c in the width direction is referred to as a region I. The region I is a region where a nitride semiconductor laser device having a longer laser oscillation life can be formed than the region II described below, and is the most preferable region among the recessed substrates.

【0079】他方、丘の上方の領域においても溝上方領
域に類似して、c−a距離が11μmよりも大きくて2
0μmよりも小さい領域に窒化物半導体レーザ素子の発
光部を形成すれば、そのレーザ発振寿命が劇的に減少す
ることがわかる。ここで、c−a距離11μmの状態を
窪み端dからリッジストライプ端bまでの距離で表示す
れば2μmであり、同様にc−a距離20μmの状態を
窪み端eからリッジストライプ端aまでの距離で表示す
れば2μmになる。すなわち、窪み端からその両外側へ
2μmまでの範囲内にリッジストライプ部の下方の発光
部の少なくとも一部が含まれると、レーザ発振寿命が劇
的に減少してしまうことがわかる。このレーザ発振寿命
が劇的に減少する領域をIVと呼ぶことにする。したが
って、丘の上方の領域内では、領域IVを除く窪み端d
からその幅方向の左側に2μm以上または窪み端eから
右側へ2μm以上離れた範囲にリッジストライプ部全体
(a−b)が含まれるように作製されることが好まし
い。ここで、丘の上方の領域において、窪み端dから幅
方向に左側へ2μm以上で窪み端eから右側へ2μm以
上の範囲の領域を領域IIと呼びすることにする。この
領域IIでは、上述の領域Iに比べてレーザ発振寿命が
短くなるものの、数千時間の寿命を有する窒化物半導体
レーザ素子を形成することができる。
On the other hand, also in the area above the hill, similar to the area above the groove, the ca distance is larger than 11 μm and 2
It can be seen that when the light emitting portion of the nitride semiconductor laser device is formed in a region smaller than 0 μm, the laser oscillation life is dramatically reduced. Here, when the state of the ca distance of 11 μm is represented by the distance from the dent end d to the ridge stripe end b, it is 2 μm. Similarly, the state of the ca distance of 20 μm is from the dent end e to the ridge stripe end a. If expressed as a distance, it will be 2 μm. That is, when at least a part of the light emitting portion below the ridge stripe portion is included within a range of 2 μm from both sides of the dent end to the outside, the laser oscillation life is dramatically reduced. The region where the laser oscillation life is dramatically reduced is referred to as IV. Therefore, in the region above the hill, the concave end d excluding the region IV
It is preferable that the entire ridge stripe portion (ab) is formed to be included in a range of 2 μm or more on the left side in the width direction or 2 μm or more on the right side of the concave end e. Here, in a region above the hill, a region that is 2 μm or more to the left in the width direction from the dent end d and 2 μm or more to the right from the dent end e is referred to as a region II. In this region II, a nitride semiconductor laser device having a lifetime of several thousand hours can be formed although the laser oscillation life is shorter than that of the above-mentioned region I.

【0080】図7では、上述の領域IからIVが窪み付
き基板の模式的な断面図において示されている。すなわ
ち、窪み付き基板に作製される窒化物半導体レーザ素子
の発光部は、少なくとも領域IIIとIVを避けた位置
に形成されることが好ましく、そのうちでも領域Iが最
も好ましくて、領域IIがこれに次いで好ましかった
(図6参照)。
In FIG. 7, the above-mentioned regions I to IV are shown in a schematic sectional view of the substrate having a depression. That is, the light emitting portion of the nitride semiconductor laser device fabricated on the recessed substrate is preferably formed at a position avoiding at least the regions III and IV, of which the region I is the most preferable, and the region II is the most preferable. Then it was preferred (see Figure 6).

【0081】図7(a)においては丘の上方の領域内の
みに窪みが形成された場合が示されているが、たとえば
後述される実施形態5〜7におけるように丘の上方領域
が窒化物半導体下地層で完全かつ平坦に被覆される場合
の領域Iの範囲は、図7(b)に示されているように丘
の上方領域内であってかつ丘中央から幅方向に右または
左側へ1μm以上離れた領域であった。なぜならば、丘
中央から左右に1μmの範囲(丘上方に窪みを形成しな
い場合の領域III)内に発光部が含まれるように形成
されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまうから
である。
FIG. 7A shows a case in which a depression is formed only in the region above the hill. For example, as in Embodiments 5 to 7 described later, the region above the hill is nitrided. As shown in FIG. 7B, the range of the region I when completely and flatly covered with the semiconductor underlayer is in the region above the hill and from the center of the hill to the right or left in the width direction. The region was 1 μm or more apart. This is because if the light emitting portion is formed so as to be included in a range of 1 μm to the left and right from the center of the hill (region III where no depression is formed above the hill), the laser oscillation life is dramatically reduced. It is.

【0082】同様に、図7(a)では溝の上方に窪みが
形成されていなかったが、たとえば後述される実施形態
3、6、および7におけるように溝上方にも窪みが形成
される場合の領域IIの範囲は、溝上方の領域内であっ
てかつ窪みの両端から幅方向に両外側へ2μm以上離れ
た領域であった(図7(b)参照)。なぜならば、窪み
の両端から左右に2μmまでの範囲(溝上方に窪みを有
する場合の領域IV)内に発光部が含まれるように形成
されれば、レーザ発振寿命が劇的に減少してしまうから
である。
Similarly, in FIG. 7A, no dent is formed above the groove. However, for example, when a dent is formed above the groove as in Embodiments 3, 6, and 7 described later. The region II was a region within the region above the groove and separated from both ends of the recess by 2 μm or more in the width direction to both outsides (see FIG. 7B). This is because the laser oscillation life is dramatically reduced if the light emitting portion is formed so as to be included within a range of 2 μm left and right from both ends of the recess (region IV when the recess is provided above the groove). Because.

【0083】なお、溝幅、丘幅、およびリッジストライ
プ幅を種々に変化させても、図6と同様の傾向を示し
た。また、加工基板をGaN基板から異種基板を含むも
のに変えても、レーザ発振寿命はGaN基板の場合に比
べて短くなるものの、図6と同様の傾向を示した。した
がって、これらの場合においても、窪み付き基板上に形
成すべき発光素子の発光部形成領域は図7に示す関係に
あるものと考えられる。同様に、発光ダイオード(LE
D)素子についても、電流注入される発光部の下方に図
7に示された領域IまたはIIのいずれかが存在してい
れば、本発明による効果を得ることが可能である。
It should be noted that the same tendency as in FIG. 6 was exhibited even when the groove width, the hill width, and the ridge stripe width were variously changed. In addition, when the processing substrate was changed from a GaN substrate to a substrate including a heterogeneous substrate, the laser oscillation life was shorter than that of the GaN substrate, but the same tendency as in FIG. 6 was shown. Therefore, also in these cases, it is considered that the light emitting portion forming region of the light emitting element to be formed on the recessed substrate has the relationship shown in FIG. Similarly, a light emitting diode (LE
D) With respect to the element, the effect of the present invention can be obtained as long as one of the regions I and II shown in FIG. 7 exists below the light emitting portion into which the current is injected.

【0084】また、図6における窒化物半導体レーザ素
子はリッジストライプ構造を有するものであったが、電
流阻止構造を有する窒化物半導体レーザ素子であっても
図6と同様の傾向を得ることも可能である(電流阻止構
造の場合では、図6におけるリッジストライプ部は電流
狭窄される部分に該当し、リッジストライプ幅は電流狭
窄される幅に相当する)。すなわち、窒化物半導体レー
ザ素子において、発光層に電流が狭窄注入され、レーザ
発振に寄与する発光部分の下方に図7に示された領域I
またはIIのいずれかが存在していればよい。
Although the nitride semiconductor laser device in FIG. 6 has a ridge stripe structure, a nitride semiconductor laser device having a current blocking structure can obtain the same tendency as in FIG. (In the case of the current blocking structure, the ridge stripe portion in FIG. 6 corresponds to the current confined portion, and the ridge stripe width corresponds to the current confined width). That is, in the nitride semiconductor laser device, current is confinedly injected into the light emitting layer, and the region I shown in FIG.
Or any of II may be present.

【0085】しかしながら、電流阻止構造を有する窒化
物半導体レーザ素子の場合、上述されたリッジストライ
プ構造を有する素子と比較して、レーザ発振寿命は約2
0〜30%程度低かった。また、電流阻止構造を有する
窒化物半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造を有
する素子と比較して、クラックの発生による歩留まりの
低下が大きかった。これらの原因については定かではな
いが、恐らく、電流阻止層に電流狭窄部分が作製される
工程と、その電流狭窄部が作製された電流阻止層上に再
び窒化物半導体層を結晶成長させる工程に問題があるの
ではないかと考えられる。たとえば、電流阻止層に電流
狭窄部分が作製される工程は、レジスト材などのマスク
材料が用いられるが、これらのマスク材料が本発明に係
る窒化物半導体発光素子の窪み内に付着していて、その
まま再成長させることによって発光素子特性に悪影響を
もたらしたのではないかと考えられる。また、たとえ
ば、電流狭窄部分が作製された電流阻止層上に再び窒化
物半導体を結晶成長させる工程は、電流阻止層に電流狭
窄部分を作製するために発光素子構造の作製途中に一度
は結晶成長装置から取出し(常温)、再び結晶成長装置
に装填して残りの発光素子構造を結晶成長(約1000
℃)させる。このように発光素子構造の作製の途中で急
激な温度差のある熱履歴を与えれば、本発明に係る窒化
物半導体発光素子の窪みを有していても、その窪みによ
って発光素子構造内の結晶歪みが十分に緩和されなくて
クラックが発生するものと考えられる。
However, in the case of the nitride semiconductor laser device having the current blocking structure, the laser oscillation lifetime is about 2 times that of the device having the ridge stripe structure described above.
It was about 0-30% lower. Further, the nitride semiconductor laser device having the current blocking structure has a large decrease in the yield due to the occurrence of cracks as compared with the device having the ridge stripe structure. Although the causes are not clear, it is conceivable that the current confining portion is formed in the current blocking layer, and the nitride semiconductor layer is crystal-grown again on the current blocking layer in which the current blocking portion is formed. There may be a problem. For example, in the step of forming a current confined portion in the current blocking layer, a mask material such as a resist material is used, and these mask materials are adhered in the depressions of the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention. It is considered that the regrowth as it was had an adverse effect on the characteristics of the light emitting device. Further, for example, in the step of crystal-growing a nitride semiconductor again on the current blocking layer in which the current confined portion has been formed, the crystal growth is performed once during the fabrication of the light emitting element structure in order to form the current confined portion in the current blocking layer. It is taken out of the apparatus (at room temperature) and loaded into the crystal growth apparatus again to grow the remaining light emitting element structure into a crystal (about 1000).
° C). As described above, if a thermal history having a sharp temperature difference is given during the fabrication of the light emitting device structure, even if the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention has a dent, the crystal in the light emitting device structure is caused by the dent. It is considered that the strain is not sufficiently relaxed and cracks occur.

【0086】[実施形態2]実施形態2としては、本発
明における窪み付き基板の作製方法が図3と図8を参照
して説明される。なお、本実施形態において特に言及さ
れていない事項に関しては、前述の実施形態1の場合と
同様である。図3は窪み付き基板の各部位の名称を示
し、図8(a)は窪みの横断面形状が矩形形状の場合の
窪み付き基板を表わし、そして図8(b)は窪みの横断
面形状が逆台形形状(さらに結晶成長が進めばV字形形
状になる)の場合の窪み付き基板を表わしている。
[Embodiment 2] In Embodiment 2, a method of manufacturing a substrate with a dent according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that items not specifically mentioned in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. 3A and 3B show names of respective parts of the substrate with depressions, FIG. 8A shows a substrate with depressions when the cross-sectional shape of the depressions is rectangular, and FIG. The figure shows a substrate with a depression in the case of an inverted trapezoidal shape (a V-shaped shape as crystal growth proceeds further).

【0087】図8における加工基板は以下のようにして
作製され得る。まず、主面方位が(0001)面である
n型GaN基板の表面に、SiO2またはSiNxなどの
誘電体膜を蒸着した。そして、通常のリソグラフィ技術
を用いてその誘電体膜にレジスト材を塗布し、そのレジ
スト材がストライプ状のマスクパターンに形成された。
このマスクパターンに沿って、ドライエッチング法を用
いて誘電体膜とGaN基板の表面の一部をエッチングし
て溝が形成された。その後、レジスト材と誘電体膜を除
去した。こうして形成された溝と丘は、n型GaN基板
の<1−100>方向に沿っており、溝幅18μm、溝
深さ3μm、および丘幅7μmを有していた。なお、同
じく主面方位が(0001)面であるサファイア基板上
に500〜600℃程度の比較的低温で低温GaNバッ
ファ層が形成され、続いてこの低温GaNバッファ層上
にn型GaN層を形成してから前述と同様の手法を用い
て加工基板が作製されてもよい(図2(b)参照)。
The processing substrate shown in FIG. 8 can be manufactured as follows. First, a dielectric film such as SiO 2 or SiN x was deposited on the surface of an n-type GaN substrate having a (0001) principal plane orientation. Then, a resist material was applied to the dielectric film using a normal lithography technique, and the resist material was formed into a stripe-shaped mask pattern.
Along the mask pattern, a groove was formed by etching a part of the surface of the dielectric film and the GaN substrate using a dry etching method. After that, the resist material and the dielectric film were removed. The grooves and hills thus formed were along the <1-100> direction of the n-type GaN substrate, and had a groove width of 18 μm, a groove depth of 3 μm, and a hill width of 7 μm. A low-temperature GaN buffer layer is formed at a relatively low temperature of about 500 to 600 ° C. on a sapphire substrate having a (0001) principal plane orientation, and then an n-type GaN layer is formed on the low-temperature GaN buffer layer. After that, a processed substrate may be manufactured using the same method as described above (see FIG. 2B).

【0088】作製された加工基板は、十分に有機洗浄さ
れてからMOCVD(有機金属気相成長)装置内に搬入
され、被覆膜厚6μmのn型GaN膜からなる窒化物半
導体下地層が積層された。このn型GaN下地層の形成
においては、MOCVD装置内にセットされた加工基板
上にV族元素用原料のNH3(アンモニア)とIII族
元素用原料のTMGa(トリメチルガリウム)またはT
EGa(トリエチルガリウム)が供給され、1050℃
の結晶成長温度において、それらの原料にSiH4(S
i不純物濃度1×1018/cm3)が添加された。
The processed substrate thus produced is sufficiently washed with an organic material, and then carried into an MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) apparatus, where a nitride semiconductor base layer made of an n-type GaN film having a coating thickness of 6 μm is laminated. Was done. In forming the n-type GaN underlayer, NH 3 (ammonia) as a group V element source and TMGa (trimethylgallium) or TMG as a group III element source are placed on a processing substrate set in a MOCVD apparatus.
EGa (triethyl gallium) is supplied and 1050 ° C
At the crystal growth temperature, SiH 4 (S
i impurity concentration 1 × 10 18 / cm 3 ) was added.

【0089】図8(a)は、上述の方法で作製された窪
み付き基板の模式的断面図を表わしている。この図から
わかるように、上述の成長条件では丘の上方領域のみに
窪みが形成され、溝はn型GaN下地層によって平坦に
埋没された。また、その窪みは、丘幅の中央位置と窪み
幅の中央位置とがほぼ一致するように形成された。さら
に、GaN結晶の<1−100>方向に沿って溝が形成
された場合における窪みの横断面形状は、ほぼ矩形形状
に近かった。
FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of a substrate with a depression manufactured by the above-described method. As can be seen from the figure, a depression was formed only in the region above the hill under the above growth conditions, and the groove was buried flat by the n-type GaN underlayer. The depression was formed such that the center position of the hill width and the center position of the depression width almost coincided with each other. Furthermore, the cross-sectional shape of the depression when the groove was formed along the <1-100> direction of the GaN crystal was almost close to a rectangular shape.

【0090】このようにして作製された窪み付き基板上
に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。
The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on the recessed substrate thus manufactured.

【0091】上述の本実施形態における溝形成方法以外
に、窒化物半導体基板の表面に直接に通常のレジスト材
料を塗布して加工基板が作製されてもよい。しかしなが
ら、上述のように、誘電体膜を介して溝を形成した方
が、溝の形状が急峻で好ましかった。
In addition to the above-described groove forming method in the present embodiment, a processed substrate may be manufactured by directly applying a normal resist material on the surface of the nitride semiconductor substrate. However, as described above, it was preferable to form the groove via the dielectric film because the shape of the groove was steep.

【0092】なお、図2(b)に示されているように異
種基板(たとえば、サファイア基板)を含む加工基板を
利用する場合、低温GaNバッファ層は、低温AlNバ
ッファ層であってもよい。ここで、低温バッファ層と
は、前述のように約500〜600℃の成長温度で形成
されたバッファ層を意味する。このような比較的低い成
長温度範囲で形成されたバッファ層は、非晶質または多
結晶であった。ただし、異種基板としてSiCまたはS
iを用いる場合には、少なくともAlを含む高温窒化物
半導体バッファ層(成長温度が比較的高い700〜10
00℃)を用いなければ、そのバッファ層上に成長させ
る窒化物半導体層の結晶性が低下してしまうので好まし
くない。
When a processed substrate including a heterogeneous substrate (for example, a sapphire substrate) is used as shown in FIG. 2B, the low-temperature GaN buffer layer may be a low-temperature AlN buffer layer. Here, the low-temperature buffer layer means a buffer layer formed at a growth temperature of about 500 to 600 ° C. as described above. The buffer layer formed in such a relatively low growth temperature range was amorphous or polycrystalline. However, SiC or S
In the case of using i, a high-temperature nitride semiconductor buffer layer containing at least Al (a growth temperature of 700 to 10
(00 ° C.) is not preferred because the crystallinity of the nitride semiconductor layer grown on the buffer layer is reduced.

【0093】また、本実施形態においては、低温GaN
バッファ層上に成長させられるn型GaN層(窒化物半
導体下地層)は、これに限られず、AlxGayInz
(0≦x≦1;0≦y≦1;0≦z≦1;x+y+z=
1)層であってもよく、Si、O、Cl、S、C、G
e、Zn、Cd、Mg、またはBeなどがドーピングさ
れてもよい。
In this embodiment, the low-temperature GaN
N-type GaN layer is grown on the buffer layer (nitride semiconductor underlayer) is not limited to this, Al x Ga y In z N
(0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1; 0 ≦ z ≦ 1; x + y + z =
1) It may be a layer, Si, O, Cl, S, C, G
e, Zn, Cd, Mg, or Be may be doped.

【0094】本実施形態では、ドライエッチング法によ
る溝形成方法が例示されたが、その他の溝形成方法が用
いられてもよいことは言うまでもない。たとえば、ウェ
ットエッチング法、スクライビング法、ワイヤソー加
工、放電加工、スパッタリング加工、レーザ加工、サン
ドブラスト加工、またはフォーカスイオンビーム加工な
どが用いられ得る。
In this embodiment, the groove forming method by the dry etching method has been exemplified. However, it goes without saying that other groove forming methods may be used. For example, a wet etching method, a scribing method, a wire saw process, an electric discharge process, a sputtering process, a laser process, a sand blast process, a focus ion beam process, or the like can be used.

【0095】本実施形態では、GaN結晶の<1−10
0>方向に沿って溝が形成されたが、<11−20>方
向に沿って溝が形成されてもよい。GaN結晶の<11
−20>方向に沿って溝を形成した場合、図8(b)で
示されているように、窪みの横断面形状は逆台形状に近
かった。ただし、窪みの底部が埋まってくれば、その断
面形状はV字形に近くなる。
In this embodiment, <1-10 of the GaN crystal
Although the groove is formed along the <0> direction, the groove may be formed along the <11-20> direction. <11 of GaN crystal
When the grooves were formed along the -20> direction, as shown in FIG. 8B, the cross-sectional shape of the depression was close to an inverted trapezoidal shape. However, if the bottom of the dent is buried, the cross-sectional shape becomes close to a V-shape.

【0096】本実施形態では、主面として(0001)
面を有するGaN基板やサファイアの異種基板が利用さ
れたが、その他の面方位やその他の異種基板が利用され
てもよい。また、本実施形態で述べられた加工基板に形
成される溝幅、丘幅、および溝深さの数値、ならびに窒
化物半導体下地層の被覆膜厚の数値としては、前述の実
施形態1で述べた数値範囲条件を満足していれば、他の
数値が採用されてもよい。このことは、他の実施形態に
おいても同様である。
In the present embodiment, (0001)
Although a GaN substrate or a sapphire dissimilar substrate having a plane is used, other plane orientations or other dissimilar substrates may be used. The numerical values of the groove width, the hill width, and the groove depth formed on the processing substrate described in the present embodiment and the numerical value of the coating thickness of the nitride semiconductor underlayer are the same as those in the first embodiment. Other numerical values may be adopted as long as the numerical range conditions described above are satisfied. This is the same in other embodiments.

【0097】[実施形態3]実施形態3においては、丘
上方のみならず溝上方にも窪みを有する窪み付き基板の
作製方法が、図9を参照して説明される。なお、本実施
形態において特に言及されていない事項に関しては、前
述の実施形態1および2と同様である。
[Embodiment 3] In Embodiment 3, a method for manufacturing a substrate having a depression not only above a hill but also above a groove will be described with reference to FIG. Note that items not specifically mentioned in the present embodiment are the same as those in the above-described first and second embodiments.

【0098】すなわち、図9における加工基板と窒化物
半導体下地層(本実施形態ではGaN下地層)は、実施
形態2と同様にして作製される。ただし、GaN下地層
の被覆膜厚は比較的薄くされ、3μmであった。
That is, the processed substrate and the nitride semiconductor underlayer (GaN underlayer in this embodiment) in FIG. 9 are manufactured in the same manner as in the second embodiment. However, the coating thickness of the GaN underlayer was relatively thin, and was 3 μm.

【0099】この窪み付き基板は丘上方のみならず溝上
方にも窪みを有しているので、先の項目(本発明におけ
る結晶成長形態)において説明されたように、横方向成
長によって生じた結晶のぶつかり合いによる結晶歪みの
集中部分がなく、結晶歪みがほとんど緩和されたGaN
下地層で被覆され得る。
Since the recessed substrate has a depression not only above the hill but also above the groove, as described in the previous item (the crystal growth mode in the present invention), the crystal formed by the lateral growth is formed. GaN with no crystal strain concentration due to collisions and almost alleviated crystal strain
It can be coated with an underlayer.

【0100】このようにして作製された窪み付き基板上
に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が作製される。
The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is manufactured on the substrate with the hollow thus manufactured.

【0101】なお、本実施形態3における窪み付き基板
は、主に、加工基板を被覆するGaN下地層の被覆膜厚
を薄く調整することによって容易に得ることができる。
The substrate with a depression in the third embodiment can be easily obtained mainly by adjusting the thickness of the GaN underlayer that covers the processed substrate to be small.

【0102】[実施形態4]実施形態4においては、加
工基板に形成された丘幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされたこと以外は、前述の実施形態1および2
と同様である。
[Embodiment 4] In Embodiment 4, except that the hill width formed on the processing substrate is not a fixed value but various different values,
Is the same as

【0103】図10の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を表わしており、溝幅G1は12μ
m、溝深さH1は3μm、そして丘幅のみがL1=8μ
mとL2=14μmの2通りの数値を有していた。この
ような加工基板上に被覆膜厚5μmのInGaN膜から
なる窒化物半導体下地層が積層されて、本実施形態4の
窪み付き基板が作製された。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a substrate having a depression in the present embodiment, and the groove width G1 is 12 μm.
m, groove depth H1 is 3 μm, and only hill width is L1 = 8 μm
m and L2 = 14 μm. A nitride semiconductor base layer made of an InGaN film having a coating thickness of 5 μm was laminated on such a processed substrate to produce a substrate with depressions according to the fourth embodiment.

【0104】このようにして作製された窪み付き基板上
に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。
The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on the recessed substrate thus manufactured.

【0105】図10からわかるように、加工基板に形成
される丘幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い丘2の上方に形成される窪み2は、狭い丘1の上方
に形成される窪み1に比べて大きくなりやすい。そし
て、相対的に大きな窪みは、小さな窪みに比べて結晶歪
みの緩和効果やクラックの抑制効果が大きい。本実施形
態のように、大きさが異なる窪みを含む窪み付き基板
は、以下に点において好ましい。
As can be seen from FIG. 10, by varying the width of the hill formed on the processing substrate, the depression 2 formed above the relatively wide hill 2 is formed above the narrow hill 1. It tends to be larger than the recess 1 that is formed. A relatively large dent has a greater effect of alleviating crystal distortion and suppressing cracks than a small dent. A recessed substrate including recesses having different sizes as in the present embodiment is preferable in the following points.

【0106】すなわち、窪み付き基板のうちで相対的に
小さな窪みは、大きな窪みに比べて結晶歪みの緩和効果
やクラックの抑制効果は小さいものの、レーザ発振寿命
の長い発光素子を形成することが可能な領域(図7にお
ける領域IとII)を広くすることができる(発光素子
チップの収得率が高くなる)ので好ましい。他方、窪み
付き基板のうちで相対的に大きな窪みは、レーザ発振寿
命の長い発光素子を形成することが可能な領域が狭くな
るものの、小さな窪みで抑制できなかった残留結晶歪み
やクラックの発生を防止することができる(このことに
よって発光素子チップの歩留まりが高くなる)ので好ま
しい。すなわち、本実施形態の窪み付き基板は、生産性
と歩留まりの観点から好ましいことがわかる。
In other words, a relatively small dent among the pitted substrates can form a light emitting element having a long laser oscillation life, although the effect of alleviating crystal distortion and the effect of suppressing cracks are smaller than that of a large dent. This is preferable because it is possible to widen the appropriate regions (regions I and II in FIG. 7) (the yield of the light emitting element chip is increased). On the other hand, a relatively large dent in a substrate with a dent reduces the generation of residual crystal distortion and cracks, which cannot be suppressed by a small dent, although the area where a light emitting element with a long laser oscillation life can be formed becomes narrow. This is preferable because the yield of the light emitting element chips can be increased. That is, it can be seen that the substrate with depressions of the present embodiment is preferable from the viewpoint of productivity and yield.

【0107】なお、本実施形態では2種類の異なる丘幅
を有する加工基板が例示されたが、2種以上の異なる丘
幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言うまで
もない。
In the present embodiment, two types of processed substrates having different hill widths are illustrated, but it is needless to say that two or more types of processed substrates having different hill widths may be used.

【0108】[実施形態5]実施形態5においては、加
工基板に形成された丘幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされることによって、上述の実施形態4に示さ
れた窪み1(図10参照)が完全かつ平坦に窒化物半導
体膜で被覆されたこと以外は、その実施形態4と同様で
ある。また、本実施形態において特に言及されていない
事項に関しては、前述の実施形態1および2の場合と同
様である。
[Fifth Embodiment] In the fifth embodiment, the width of the hill formed in the processing substrate is set to various different values instead of the constant value. Embodiment 4 is the same as Embodiment 4 except that (see FIG. 10) is completely and flatly covered with the nitride semiconductor film. In addition, matters not specifically mentioned in the present embodiment are the same as those in the above-described first and second embodiments.

【0109】図11の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を示しており、溝幅G1は16μm、
溝深さH1は2μm、そして丘幅のみがL1=4μmと
L2=24μmの2通りの数値を有していた。このよう
な加工基板上に被覆膜厚4μmのAlGaN膜が積層さ
れ、本実施形態5の窪み付き基板が作製された。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a substrate with a dent in this embodiment. The groove width G1 is 16 μm.
The groove depth H1 was 2 μm, and only the hill width had two values, L1 = 4 μm and L2 = 24 μm. An AlGaN film having a coating thickness of 4 μm was laminated on such a processed substrate, and a substrate with depressions according to the fifth embodiment was manufactured.

【0110】このようにして作製された窪み付き基板上
に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。
The nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on the recessed substrate thus manufactured.

【0111】図11からわかるように、加工基板に形成
される丘幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い丘2の上方には窪み2が形成され、相対的に幅の狭
い丘1の上方は完全かつ平坦にAlGaN膜からなる窒
化物半導体下地層で埋没される。このような本実施形態
における窪み付き基板は、以下の点において好ましい。
As can be seen from FIG. 11, by changing the width of the hill formed on the processing substrate in various ways, the depression 2 is formed above the relatively wide hill 2 and the relatively narrow hill 2 is formed. The upper part of 1 is completely and flatly buried with a nitride semiconductor base layer made of an AlGaN film. Such a recessed substrate in the present embodiment is preferable in the following points.

【0112】すなわち、窪み付き基板のうちで丘1の上
方には窪みが形成されないので、結晶歪みの緩和効果や
クラックの抑制効果は小さいものの、レーザ発振寿命の
長い発光素子を形成することが可能な領域が実施形態4
に比べて広くなり得る(発光素子チップの収得率が高く
なる)。他方、窪み付き基板のうちで丘2の上方に形成
された窪み2は結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効
果を有している(発光素子チップの歩留まりが高くな
る)。したがって、加工基板に形成される丘のうちで一
部の丘の上方には窪みが形成されなくて他の丘の上方に
は窪みが形成された窪み付き基板は、生産性の観点から
実施形態4に比べて好ましい。
That is, since no depression is formed above the hill 1 in the substrate with depressions, it is possible to form a light emitting element having a long laser oscillation life, although the effect of alleviating crystal distortion and the effect of suppressing cracks are small. Area is Embodiment 4
(The yield rate of the light-emitting element chip is increased). On the other hand, among the substrates with depressions, the depressions 2 formed above the hills 2 have an effect of alleviating crystal distortion and an effect of suppressing cracks (increase in the yield of light emitting element chips). Therefore, among the hills formed on the processed substrate, a dent-formed substrate in which a dent is not formed above some hills and a dent is formed above other hills is an embodiment from the viewpoint of productivity. 4 is preferable.

【0113】なお、本実施形態においても2種類の異な
る丘幅を有する加工基板が例示されたが、2種以上の異
なる丘幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言
うまでもない。
In this embodiment, two types of processed substrates having different hill widths have been exemplified, but it is needless to say that processed substrates having two or more types of different hill widths may be used.

【0114】[実施形態6]実施形態6においては、加
工基板に形成された溝深さが一定の値ではなくて種々の
異なる値にされたこと以外は、前述の実施形態1および
2と同様である。
[Embodiment 6] Embodiment 6 is the same as Embodiments 1 and 2 except that the depth of the groove formed in the processed substrate is not a fixed value but various different values. It is.

【0115】図12の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を示しており、溝幅G1は18μm、
丘幅L1は5μm、そして溝深さのみがH1=2.5μ
mとH2=10μmの2通りの数値を有していた。この
ような加工基板上に被覆膜厚6μmのGaN膜からなる
窒化物半導体下地層が積層されて、本実施形態6の窪み
付き基板が作製された。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a substrate having a depression according to the present embodiment. The groove width G1 is 18 μm.
The hill width L1 is 5 μm, and only the groove depth is H1 = 2.5 μm.
m and H2 = 10 μm. A nitride semiconductor base layer made of a GaN film having a coating thickness of 6 μm was laminated on such a processed substrate to produce a recessed substrate of the sixth embodiment.

【0116】このようにして作製された窪み付き基板上
に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成される。
The nitride semiconductor light-emitting device according to the present invention is formed on the thus-formed substrate with depressions.

【0117】図12からわかるように、加工基板に形成
される溝深さを種々に変えることによって、相対的に深
い溝2の上方のみに窪み2が形成される。本実施形態に
おける窪み付き基板は、以下の点において好ましい。
As can be seen from FIG. 12, the recess 2 is formed only above the relatively deep groove 2 by variously changing the depth of the groove formed in the processing substrate. The recessed substrate in the present embodiment is preferable in the following points.

【0118】すなわち、窪み付き基板のうちで溝2以外
の上方には窪みが形成されないので、結晶歪みの緩和効
果やクラックの抑制効果は少ないものの、レーザ発振寿
命の長い発光素子を形成することが可能な領域を広くす
ることができる(発光素子チップの収得率が高くな
る)。他方、窪み付き基板のうちで溝2の上方に形成さ
れた窪み2は、結晶歪みの緩和効果やクラックの抑制効
果を有する。したがって、加工基板に形成された溝のう
ちで一部の溝の上方には窪みが形成されかつ他の溝の上
には窪みが形成されない窪み付き基板は、発光素子チッ
プの生産性の観点から好ましい。
That is, since no dent is formed above the recessed substrate except for the groove 2, a light emitting element having a long laser oscillation life can be formed although the effect of alleviating crystal distortion and the effect of suppressing cracks are small. The possible area can be widened (the yield of the light emitting element chip is increased). On the other hand, the depression 2 formed above the groove 2 in the substrate with depression has an effect of alleviating crystal distortion and an effect of suppressing cracks. Therefore, a recessed substrate in which a depression is formed above some of the grooves formed on the processing substrate and no depression is formed on the other grooves, from the viewpoint of the productivity of light emitting element chips. preferable.

【0119】なお、本実施形態では2種類の異なる溝深
さを有する加工基板が例示されたが、2種以上の異なる
溝深さを有する加工基板が用いられてもよいことは言う
までもない。また、本実施形態が前述の実施形態3〜5
の少なくともいずれかと組合わされてもよいことも言う
までもない。
In the present embodiment, two types of processed substrates having different groove depths are exemplified. However, it is needless to say that processed substrates having two or more types of different groove depths may be used. Further, the present embodiment is similar to the above-described third to fifth embodiments.
Needless to say, it may be combined with at least one of the above.

【0120】[実施形態7]実施形態7においては、加
工基板に形成された溝幅が一定の値ではなくて種々の異
なる値にされたこと以外は、前述の実施形態1および2
の場合と同様である。
[Embodiment 7] In Embodiment 7, except that the groove width formed on the processed substrate is not a fixed value but various different values,
Is the same as

【0121】図13の模式的な断面図は本実施形態にお
ける窪み付き基板を表わしており、丘幅L1は5μm、
溝深さH1は4μm、そして溝幅のみがG1=12μm
とG2=24μmの2通りの値を有していた。このよう
な加工基板上に被覆膜厚6μmのGaN膜からなる窒化
物半導体下地層が積層されて、本実施形態7の窪み付き
基板が作製された。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a substrate with a depression in this embodiment, in which the hill width L1 is 5 μm,
The groove depth H1 is 4 μm, and only the groove width is G1 = 12 μm
And G2 = 24 μm. A nitride semiconductor base layer made of a GaN film having a coating film thickness of 6 μm was laminated on such a processed substrate to produce a recessed substrate of the seventh embodiment.

【0122】そして、このようにして作製された窪み付
き基板上に、本発明に係る窒化物半導体発光素子が形成
される。
Then, the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is formed on the recessed substrate thus manufactured.

【0123】図13からわかるように、加工基板に形成
される溝幅を種々に変えることによって、相対的に幅の
広い溝2の上方のみに窪み2が形成される。本実施形態
における窪み付き基板は、上述の実施形態6と同様の効
果を有する。
As can be seen from FIG. 13, the recess 2 is formed only above the relatively wide groove 2 by variously changing the width of the groove formed in the processing substrate. The recessed substrate according to the present embodiment has the same effects as those of the sixth embodiment.

【0124】なお、本実施形態では2種類の異なる溝幅
を有する加工基板が例示されたが、2種以上の異なる溝
幅を有する加工基板が用いられてもよいことは言うまで
もない。また、本実施形態は、前述の実施形態3〜6の
少なくともいずれかと組合せてよいことも言うまでもな
い。
In this embodiment, two types of processed substrates having different groove widths are exemplified. However, it is needless to say that two or more types of processed substrates having different groove widths may be used. It is needless to say that this embodiment may be combined with at least one of the above-described third to sixth embodiments.

【0125】[実施形態8]実施形態8においては、実
施形態1〜7におけるいずれかの窪み付き基板上に窒化
物半導体レーザ素子が作製された。
[Eighth Embodiment] In the eighth embodiment, a nitride semiconductor laser device is manufactured on any one of the recessed substrates in the first to seventh embodiments.

【0126】(結晶成長)図1は窪み付き基板上に成長
された窒化物半導体レーザのウエハがチップ分割された
後の窒化物半導体レーザ素子を表わしている。図1に示
された窒化物半導体レーザ素子は、加工基板(n型Ga
N基板)101とn型Al0.05Ga0.95N下地層102
からなる窪み付き基板100、n型In0.07Ga0.93
クラック防止層103、n型Al0.1Ga0.9Nクラッド
層104、n型GaN光ガイド層105、発光層10
6、p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層107、
p型GaN光ガイド層108、p型Al0.1Ga0.9Nク
ラッド層109、p型GaNコンタクト層110、n電
極111、p電極112およびSiO2誘電体膜113
を含んでいる。
(Crystal Growth) FIG. 1 shows a nitride semiconductor laser device after a wafer of a nitride semiconductor laser grown on a recessed substrate is divided into chips. The nitride semiconductor laser device shown in FIG.
N substrate) 101 and n-type Al 0.05 Ga 0.95 N underlayer 102
Recessed substrate 100 of n-type In 0.07 Ga 0.93 N
Crack preventing layer 103, n-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 104, n-type GaN light guide layer 105, light emitting layer 10
6, p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 107,
p-type GaN optical guide layer 108, p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 109, p-type GaN contact layer 110, n-electrode 111, p-electrode 112 and SiO 2 dielectric film 113
Contains.

【0127】このような窒化物半導体レーザ素子の作製
において、まず、実施形態1〜7のいずれかによる窪み
付き基板100が形成された。ただし、本実施形態8で
は、溝方向はGaN基板の<1−100>方向に沿って
形成された。
In manufacturing such a nitride semiconductor laser device, first, the substrate 100 with a depression according to any one of Embodiments 1 to 7 was formed. However, in Embodiment 8, the groove direction was formed along the <1-100> direction of the GaN substrate.

【0128】次に、MOCVD装置を用いて、その窪み
付き基板100上において、V族元素用原料のNH
3(アンモニア)とIII族元素用原料のTMGa(ト
リメチルガリウム)またはTEGa(トリエチルガリウ
ム)に、III族元素用原料のTMIn(トリメチルイ
ンジウム)と不純物としてのSiH4(シラン)が加え
られ、800℃の結晶成長温度でn型In0.07Ga0.93
Nクラック防止層103が厚さ40nmに成長させられ
た。次に、基板温度が1050℃に上げられ、III族
元素用原料のTMAl(トリメチルアルミニウム)また
はTEAl(トリエチルアルミニウム)が用いられて、
厚さ0.9μmのn型Al0.1Ga0.9Nクラッド層10
4(Si不純物濃度1×1018/cm3)が成長させら
れ、続いてn型GaN光ガイド層105(Si不純物濃
度1×1018/cm3)が厚さ0.1μmに成長させら
れた。
Next, using a MOCVD apparatus, NH.sub.
3 (Ammonia) and TMGa (trimethylgallium) or TEGa (triethylgallium) as a raw material for a group III element, TMIn (trimethylindium) as a raw material for a group III element and SiH 4 (silane) as an impurity are added at 800 ° C. At the crystal growth temperature of n-type In 0.07 Ga 0.93
An N crack preventing layer 103 was grown to a thickness of 40 nm. Next, the substrate temperature is increased to 1050 ° C., and TMAl (trimethylaluminum) or TEAl (triethylaluminum) as a raw material for a group III element is used.
0.9 μm thick n-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 10
4 (Si impurity concentration 1 × 10 18 / cm 3 ) was grown, and then the n-type GaN optical guide layer 105 (Si impurity concentration 1 × 10 18 / cm 3 ) was grown to a thickness of 0.1 μm. .

【0129】その後、基板温度が800℃に下げられ、
厚さ8nmのIn0.01Ga0.99N障壁層と厚さ4nmの
In0.15Ga0.85N井戸層とが交互に積層された発光層
(多重量子井戸構造)106が形成された。この実施形
態では、発光層106は障壁層で開始して障壁層で終了
する多重量子井戸構造を有し、3層(3周期)の量子井
戸層を含んでいた。また、障壁層と井戸層の両方に、S
i不純物が1×1018/cm3の濃度で添加された。な
お、障壁層と井戸層との間または井戸層と障壁層との間
に、1秒以上で180秒以内の結晶成長中断期間が挿入
されてもよい。こうすることによって、各層の平坦性が
向上し、発光スペクトルの半値幅が減少するので好まし
い。
After that, the substrate temperature is lowered to 800 ° C.
A light emitting layer (multiple quantum well structure) 106 in which an In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer having a thickness of 8 nm and an In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 4 nm were alternately laminated was formed. In this embodiment, the light emitting layer 106 has a multiple quantum well structure starting at the barrier layer and ending at the barrier layer, and includes three (three periods) quantum well layers. In addition, S is added to both the barrier layer and the well layer.
i impurity was added at a concentration of 1 × 10 18 / cm 3 . Note that a crystal growth interruption period of 1 second or more and 180 seconds or less may be inserted between the barrier layer and the well layer or between the well layer and the barrier layer. This is preferable because the flatness of each layer is improved and the half width of the emission spectrum is reduced.

【0130】発光層106にAsが添加される場合には
AsH3またはTBAs(ターシャリブチルアルシン)
を用い、Pが添加される場合にはPH3またはTBP
(ターシャリブチルホスフィン)を用い、そしてSbが
添加される場合にはTMSb(トリメチルアンチモン)
またはTESb(トリエチルアンチモン)を用いればよ
い。また、発光層が形成される際に、N原料として、N
3以外にN24(ジメチルヒドラジン)が用いられて
もよい。
When As is added to the light emitting layer 106, AsH 3 or TBAs (tert-butylarsine) is used.
And when P is added, PH 3 or TBP
(Tertiary butyl phosphine) and, if Sb is added, TMSb (trimethylantimony)
Alternatively, TESb (triethylantimony) may be used. Further, when the light emitting layer is formed, N material is
N 2 H 4 (dimethylhydrazine) may be used in addition to H 3 .

【0131】次に、基板が再び1050℃まで昇温され
て、厚さ20nmのp型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロ
ック層107、厚さ0.1μmのp型GaN光ガイド層
108、厚さ0.5μmのp型Al0.1Ga0.9Nクラッ
ド層109、および厚さ0.1μmのp型GaNコンタ
クト層110が順次に成長させられた。p型不純物とし
ては、Mg(EtCP2Mg:ビスエチルシクロペンタ
ジエニルマグネシウム)が5×1019/cm3〜2×1
20/cm3の濃度で添加された。p型GaNコンタク
ト層110のp型不純物濃度は、p電極112との界面
に近づくに従って増大させることが好ましい。こうする
ことによって、p電極との界面におけるコンタクト抵抗
が低減する。また、p型不純物であるMgの活性化を妨
げているp型層中の残留水素を除去するために、p型層
成長中に微量の酸素が混入されてもよい。
Next, the temperature of the substrate is again raised to 1050 ° C., and a p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 107 having a thickness of 20 nm, a p-type GaN optical guide layer 108 having a thickness of 0.1 μm, and a A 0.5 μm p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 109 and a 0.1 μm thick p-type GaN contact layer 110 were sequentially grown. As the p-type impurity, Mg (EtCP 2 Mg: bisethylcyclopentadienyl magnesium) is 5 × 10 19 / cm 3 to 2 × 1.
It was added at a concentration of 0 20 / cm 3 . It is preferable that the p-type impurity concentration of p-type GaN contact layer 110 be increased as approaching the interface with p-electrode 112. By doing so, the contact resistance at the interface with the p-electrode is reduced. Further, a small amount of oxygen may be mixed during the growth of the p-type layer in order to remove residual hydrogen in the p-type layer which is preventing activation of Mg which is a p-type impurity.

【0132】このようにして、p型GaNコンタクト層
110が成長させられた後、MOCVD装置のリアクタ
内の全ガスが窒素キャリアガスとNH3に変えられ、6
0℃/分の冷却速度で基板温度が冷却された。基板温度
が800℃に冷却された時点でNH3の供給が停止さ
れ、5分間だけその基板温度に保持されてから室温まで
冷却された。この基板の保持温度は650℃から900
℃の間にあることが好ましく、保持時間は3分以上で1
0分以下であることが好ましかった。また、室温までの
冷却速度は、30℃/分以上であることが好ましい。こ
うして形成された結晶成長膜がラマン測定によって評価
された結果、従来のp型化アニールが行なわれていなく
ても、その成長膜は既にp型化の特性を示していた(す
なわち、Mgが活性化していた)。また、p電極112
を形成したときのコンタクト抵抗も低減していた。これ
に加えて従来のp型化アニールが組合わされれば、Mg
の活性化率がさらに向上して好ましかった。
After the p-type GaN contact layer 110 is thus grown, all the gases in the reactor of the MOCVD apparatus are changed to nitrogen carrier gas and NH 3 ,
The substrate temperature was cooled at a cooling rate of 0 ° C./min. When the substrate temperature was cooled to 800 ° C., the supply of NH 3 was stopped, and the substrate temperature was maintained for 5 minutes and then cooled to room temperature. The holding temperature of this substrate is from 650 ° C. to 900
° C, and the holding time is 3 minutes or more and 1 hour.
Preferably, it was less than 0 minutes. Further, the cooling rate to room temperature is preferably 30 ° C./min or more. The crystal growth film thus formed was evaluated by Raman measurement. As a result, even if the conventional p-type annealing was not performed, the growth film had already exhibited p-type characteristics (that is, Mg was activated). Had been turned). Also, the p electrode 112
The contact resistance at the time of forming was also reduced. In addition to this, if conventional p-type annealing is combined, Mg
The activation rate was further improved, which was favorable.

【0133】なお、本実施形態による結晶成長工程にお
いては、加工基板から窒化物半導体レーザ素子まで連続
して結晶成長させてもよいし、加工基板から窪み付き基
板までの成長工程が予め行なわれた後に窒化物半導体レ
ーザ素子を成長させるための再成長が行なわれてもよ
い。
In the crystal growth step according to the present embodiment, the crystal may be continuously grown from the processed substrate to the nitride semiconductor laser device, or the growth step from the processed substrate to the recessed substrate may be performed in advance. Regrowth for growing the nitride semiconductor laser device may be performed later.

【0134】本実施形態におけるIn0.07Ga0.93Nク
ラック防止層103は、In組成比が0.07以外であ
ってもよいし、InGaNクラック防止層が省略されて
もよい。しかしながら、クラッド層とGaN基板との格
子不整合が大きくなる場合には、InGaNクラック防
止層が挿入される方が好ましい。
In the present embodiment, the In 0.07 Ga 0.93 N crack preventing layer 103 may have an In composition ratio other than 0.07, or the InGaN crack preventing layer may be omitted. However, when lattice mismatch between the cladding layer and the GaN substrate becomes large, it is preferable to insert an InGaN crack prevention layer.

【0135】本実施形態の発光層106は、障壁層で始
まり障壁層で終わる構成であったが、井戸層で始まり井
戸層で終わる構成であってもよい。また、発光層中の井
戸層数は、前述の3層に限られず、10層以下であれば
しきい値電流値が低くなって室温連続発振が可能であっ
た。特に、井戸層数が2以上で6以下のときにしきい値
電流値が低くなって好ましかった。
Although the light-emitting layer 106 of this embodiment starts with a barrier layer and ends with a barrier layer, the light-emitting layer 106 may start with a well layer and end with a well layer. Further, the number of well layers in the light emitting layer is not limited to the three layers described above. If the number of layers is 10 or less, the threshold current value becomes low and continuous oscillation at room temperature was possible. In particular, when the number of well layers is 2 or more and 6 or less, the threshold current value is preferably reduced.

【0136】本実施形態の発光層106においては、井
戸層と障壁層の両方にSiが1×1018/cm3の濃度
で添加されたが、Siが添加されなくてもよい。しかし
ながら、Siが発光層に添加された方が、発光強度が強
くなった。発光層に添加される不純物としては、Siに
限られず、O、C、Ge、Zn、およびMgの少なくと
もいずれかが添加されてもよい。また、不純物の総添加
量としては、約1×1017〜1×1019/cm3程度が
好ましかった。さらに、不純物が添加される層は井戸層
と障壁層の両方であることに限られず、これらの片方の
層のみに不純物が添加されてもよい。
In the light emitting layer 106 of this embodiment, Si is added to both the well layer and the barrier layer at a concentration of 1 × 10 18 / cm 3 , but Si may not be added. However, the emission intensity was higher when Si was added to the light emitting layer. The impurity added to the light emitting layer is not limited to Si, and at least one of O, C, Ge, Zn, and Mg may be added. The total amount of impurities added was preferably about 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 . Further, the layer to which the impurity is added is not limited to both the well layer and the barrier layer, and the impurity may be added to only one of these layers.

【0137】本実施形態のp型Al0.2Ga0.8Nキャリ
アブロック層107は、Al組成比が0.2以外であっ
てもよいし、このキャリアブロック層が省略されてもよ
い。しかしながら、キャリアブロック層を設けたほうが
しきい値電流値が低くなった。これは、キャリアブロッ
ク層107が発光層106内にキャリアを閉じ込める働
きがあるからである。キャリアブロック層のAl組成比
を高くすることは、これによってキャリアの閉じ込めが
強くなるので好ましい。逆に、キャリアの閉じ込めが保
持される範囲内でAl組成比を小さくすれば、キャリア
ブロック層内のキャリア移動度が大きくなって電気抵抗
が低くなるので好ましい。
In the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 107 of the present embodiment, the Al composition ratio may be other than 0.2, or the carrier block layer may be omitted. However, the threshold current value was lower when the carrier block layer was provided. This is because the carrier block layer 107 has a function of confining carriers in the light emitting layer 106. It is preferable to increase the Al composition ratio of the carrier block layer because this increases the confinement of carriers. Conversely, it is preferable to reduce the Al composition ratio within a range in which the confinement of carriers is maintained, because the carrier mobility in the carrier block layer increases and the electric resistance decreases.

【0138】本実施形態では、p型クラッド層109と
n型クラッド層104として、Al 0.1Ga0.9N結晶が
用いられたが、そのAl組成比は0.1以外であっても
よい。そのAlの混晶比が高くなれば発光層106との
エネルギギャップ差と屈折率差が大きくなり、キャリア
や光が発光層内に効率よく閉じ込められ、レーザ発振し
きい値電流値の低減が可能になる。逆に、キャリアや光
の閉じ込めが保持される範囲内でAl組成比を小さくす
れば、クラッド層内でのキャリア移動度が大きくなり、
素子の動作電圧を低くすることができる。
In this embodiment, the p-type cladding layer 109 and
Al as the n-type cladding layer 104 0.1Ga0.9N crystal
Although it was used, even if its Al composition ratio was other than 0.1
Good. If the mixed crystal ratio of Al increases,
The energy gap difference and the refractive index difference increase,
And light are efficiently confined in the light emitting layer, causing laser oscillation.
The threshold current value can be reduced. Conversely, carriers and light
The Al composition ratio within the range where the confinement of
Then, the carrier mobility in the cladding layer increases,
The operating voltage of the device can be reduced.

【0139】AlGaNクラッド層の厚みは0.7μm
〜1.5μmの範囲内にあることが好ましく、このこと
によって垂直横モードの単峰化と光閉じ込め効率が増大
し、レーザの光学特性の向上とレーザしきい値電流値の
低減が可能になる。
The thickness of the AlGaN cladding layer is 0.7 μm
It is preferably within a range of about 1.5 μm, which makes the vertical and lateral modes unimodal and increases the light confinement efficiency, thereby improving the optical characteristics of the laser and reducing the laser threshold current value. .

【0140】クラッド層はAlGaN3元混晶に限られ
ず、AlInGaN、AlGaNP、またはAlGaN
Asなどの4元混晶であってもよい。また、p型クラッ
ド層は、電気抵抗を低減するために、p型AlGaN層
とp型GaN層を含む超格子構造、またはp型AlGa
N層とp型InGaN層を含む超格子構造を有していて
もよい。
The cladding layer is not limited to AlGaN ternary mixed crystal, but may be AlInGaN, AlGaNP, or AlGaN.
It may be a quaternary mixed crystal such as As. Further, the p-type cladding layer has a superlattice structure including a p-type AlGaN layer and a p-type GaN layer, or a p-type AlGa
It may have a superlattice structure including an N layer and a p-type InGaN layer.

【0141】本実施形態ではMOCVD装置による結晶
成長法が例示されたが、分子線エピタキシー法(MB
E)、またはハイドライド気相成長法(HVPE)など
が用いられてもよい。
In this embodiment, the crystal growth method using the MOCVD apparatus has been described as an example, but the molecular beam epitaxy method (MB
E) or hydride vapor phase epitaxy (HVPE) or the like may be used.

【0142】(チップ化工程)前述の結晶成長で形成さ
れたエピウエハ(加工基板上に窒化物半導体多層膜構造
がエピタキシャル成長させられたウエハ)がMOCVD
装置から取出され、レーザ素子に加工される。ここで、
窒化物半導体多層膜構造が形成されたエピウエハの表面
には窪みが存在し、完全かつ平坦には埋没されていなか
った。
(Chip-forming step) The epi-wafer formed by the above-described crystal growth (wafer on which a nitride semiconductor multilayer film structure is epitaxially grown on a processed substrate) is subjected to MOCVD.
It is removed from the device and processed into a laser element. here,
The surface of the epitaxial wafer on which the nitride semiconductor multilayer film structure was formed had a depression, and was not completely and flatly buried.

【0143】加工基板101はn型導電性の窒化物半導
体であるので、その裏面側上にHf/Alの順の積層で
n電極111が形成された(図14参照)。n電極とし
ては、Ti/Al、Ti/Mo、またはHf/Auなど
の積層も用いられ得る。n電極にHfが用いられれば、
そのコンタクト抵抗が下がるので好ましい。
Since the processed substrate 101 is an n-type conductive nitride semiconductor, an n-electrode 111 is formed on the back surface side in the order of Hf / Al (see FIG. 14). As the n-electrode, a stack of Ti / Al, Ti / Mo, or Hf / Au may be used. If Hf is used for the n electrode,
This is preferable because the contact resistance is reduced.

【0144】p電極部分は加工基板101の溝方向に沿
ってストライプ状にエッチングされ、これによってリッ
ジストライプ部(図1参照)が形成された。加工基板の
溝が桝目状の場合は、それらの溝の長手方向として窒化
物半導体の<1−100>方向と<11−20>方向の
いずれかを選択すればよい。リッジストライプ部はスト
ライプ幅W=2.0μmを有し、前述の領域Iに含まれ
るように形成された(図1参照)。その後、SiO2
電体膜113が蒸着され、p型GaNコンタクト層11
0の上面がこの誘電体膜から露出されて、その上にp電
極112がPd/Mo/Auの積層として蒸着されて形
成された。p電極としては、Pd/Pt/Au、Pd/
Au、またはNi/Auなどの積層が用いられてもよ
い。また、p電極112とワイヤボンドとの間にAuか
らなるパッド電極を介してもよい。
The p-electrode portion was etched in a stripe shape along the groove direction of the processing substrate 101, thereby forming a ridge stripe portion (see FIG. 1). In the case where the grooves of the processed substrate are square, any one of the <1-100> direction and the <11-20> direction of the nitride semiconductor may be selected as the longitudinal direction of the grooves. The ridge stripe portion had a stripe width W = 2.0 μm and was formed so as to be included in the above-described region I (see FIG. 1). Thereafter, a SiO 2 dielectric film 113 is deposited, and the p-type GaN contact layer 11 is formed.
0 was exposed from the dielectric film, and a p-electrode 112 was formed thereon by vapor deposition as a Pd / Mo / Au laminate. Pd / Pt / Au, Pd /
A stack of Au or Ni / Au may be used. Further, a pad electrode made of Au may be interposed between the p electrode 112 and the wire bond.

【0145】最後に、エピウエハはリッジストライプの
長手方向に対して垂直な面でへき開され、共振器長50
0μmのファブリ・ペロー共振器が作製された。共振器
長は、一般に300μmから1000μmの範囲内であ
ることが好ましい。溝が<1−100>方向に沿って形
成された共振器長のミラー端面は、窒化物半導体結晶の
M面{1−100}が端面になる。ミラー端面を形成す
るためのへき開とレーザ素子の分割は、加工基板101
の裏面側からスクライバを用いて行なわれた。ただし、
へき開はウエハの裏面全体を横断してスクライバによる
罫書き傷がつけられて行なわれるのではなく、ウエハの
一部、たとえばウエハの両端のみにスクライバによる罫
書き傷がつけられてへき開された。これにより、素子端
面の急峻性やスクライブによる削りかすがエピ表面に付
着しないので、素子歩留まりが向上する。チップ分割さ
れた窒化物半導体発光素子(レーザ素子)の表面には、
窒化物半導体発光素子のリッジストライプ部を挟んで窪
みが2つ以上存在していた。また、p電極112は2つ
以上の窪みを含む領域上に、ワイヤボンドは1つ以上の
窪みを含む領域上に形成された。
Finally, the epi-wafer is cleaved at a plane perpendicular to the longitudinal direction of the ridge stripe, and a resonator length of 50
A 0 μm Fabry-Perot resonator was fabricated. The resonator length is generally preferably in the range of 300 μm to 1000 μm. The M-plane {1-100} of the nitride semiconductor crystal is an end face of a mirror end face having a cavity length in which a groove is formed along the <1-100> direction. The cleavage for forming the mirror end face and the division of the laser element
Was performed using a scriber from the back side of the. However,
Cleavage was not performed by scribing a scribe with a scriber across the entire back surface of the wafer, but was cleaved by scribing only a part of the wafer, for example, both ends of the wafer. As a result, the sharpness of the end face of the element and shavings due to scribe do not adhere to the epi surface, so that the element yield is improved. On the surface of the nitride semiconductor light emitting device (laser device) divided into chips,
There were two or more depressions sandwiching the ridge stripe portion of the nitride semiconductor light emitting device. The p-electrode 112 was formed on a region including two or more dents, and the wire bond was formed on a region including one or more dents.

【0146】なお、レーザ共振器の帰還手法としては、
一般に知られているDFB(分布帰還)、DBR(分布
ブラグ反射)なども用いられ得る。
The feedback method of the laser resonator is as follows.
Commonly known DFB (distributed feedback), DBR (distributed Bragg reflection) and the like can also be used.

【0147】ファブリ・ペロー共振器のミラー端面が形
成された後には、そのミラー端面にSiO2とTiO2
誘電体膜を交互に蒸着し、70%の反射率を有する誘電
体多層反射膜が形成された。この誘電体多層反射膜とし
ては、SiO2/Al23などの多層膜を用いることも
できる。
After the mirror end face of the Fabry-Perot resonator is formed, dielectric films of SiO 2 and TiO 2 are alternately deposited on the mirror end face to form a dielectric multilayer reflective film having a reflectance of 70%. Been formed. As the dielectric multilayer reflective film, a multilayer film such as SiO 2 / Al 2 O 3 can be used.

【0148】なお、n電極111は加工基板101の裏
面上に形成されたが、ドライエッチング法を用いてエピ
ウエハの表側からn型Al0.05Ga0.95N膜102の一
部を露出させて、その露出領域上にn電極が形成されて
もよい。
Although the n-electrode 111 was formed on the back surface of the processing substrate 101, a part of the n-type Al 0.05 Ga 0.95 N film 102 was exposed from the front side of the epi-wafer by using a dry etching method. An n-electrode may be formed on the region.

【0149】(パッケージ実装)得られた半導体レーザ
素子は、パッケージに実装される。高出力(30mW以
上)の窒化物半導体レーザ素子を用いる場合、放熱対策
に注意を払わなければならない。高出力窒化物半導体レ
ーザ素子はInはんだ材を用いて半導体接合を上または
下のいずれかにしてパッケージ本体に接続することがで
きるが、半導体接合を下側にして接続するほうが放熱の
観点から好ましい。なお、高出力窒化物半導体レーザ素
子は、通常は直接パッケージ本体やヒートシンク部に取
付けられ得るが、Si、AlN、ダイヤモンド、Mo、
CuW、BN、Fe、SiC、Cu、またはAuなどの
サブマウントを介して接続されてもよい。
(Package mounting) The obtained semiconductor laser device is mounted on a package. When using a high output (30 mW or more) nitride semiconductor laser device, attention must be paid to heat dissipation measures. The high-power nitride semiconductor laser device can be connected to the package body with the semiconductor junction either up or down using In solder material, but it is preferable to connect with the semiconductor junction down, from the viewpoint of heat dissipation. . The high-power nitride semiconductor laser device can be usually directly attached to a package body or a heat sink portion. However, Si, AlN, diamond, Mo,
The connection may be made via a submount of CuW, BN, Fe, SiC, Cu, or Au.

【0150】以上のようにして、本実施形態による窒化
物半導体レーザ素子が作製された。なお、本実施形態で
はGaNの加工基板101が用いられたが、他の窒化物
半導体の加工基板が用いられてもよい。たとえば、窒化
物半導体レーザの場合、垂直横モードの単峰化のために
はクラッド層よりも屈折率の低い層がそのクラッド層の
外側に接している必要があり、AlGaN基板が好まし
く用いられ得る。
As described above, the nitride semiconductor laser device according to the present embodiment is manufactured. Although the GaN processed substrate 101 is used in the present embodiment, another nitride semiconductor processed substrate may be used. For example, in the case of a nitride semiconductor laser, a layer having a lower refractive index than the cladding layer needs to be in contact with the outside of the cladding layer in order to make the vertical and transverse modes unimodal, and an AlGaN substrate can be preferably used. .

【0151】本実施形態においては、窪み付き基板上に
窒化物半導体レーザ素子が形成されることによって、結
晶歪みが緩和されるとともにクラック発生が抑制され、
雰囲気温度60℃の条件の下で30mWのレーザ出力で
約18000時間のレーザ発振寿命が得られるととも
に、クラックの抑制効果による素子歩留まりの向上が達
成された。
In the present embodiment, the formation of the nitride semiconductor laser element on the substrate having the depressions alleviates the crystal distortion and suppresses the occurrence of cracks.
A laser oscillation life of about 18000 hours was obtained with a laser output of 30 mW under the condition of an ambient temperature of 60 ° C., and an improvement in element yield by crack suppression effect was achieved.

【0152】[実施形態9]実施形態9においては、実
施形態1〜7におけるいずれかの窪み付き基板上に窒化
物半導体発光ダイオード(LED)素子が形成された。
この際に、窒化物半導体LED素子層は、従来と同様の
方法で形成された。
Ninth Embodiment In the ninth embodiment, a nitride semiconductor light emitting diode (LED) element is formed on any one of the recessed substrates in the first to seventh embodiments.
At this time, the nitride semiconductor LED element layer was formed by a method similar to the conventional method.

【0153】本実施形態による窒化物半導体LED素子
においては、その色むらが低減するとともに発光強度が
従来に比べて向上した。特に、窒化物半導体を原材料と
する白色窒化物半導体LED素子や琥珀色窒化物半導体
LED素子のように、発光波長が短波長(450nm以
下)または長波長(600nm以上)のLED素子は、
実施形態1〜7における窪み付き基板上に形成されるこ
とによって、従来に比較して約2倍以上の発光強度を有
することができた。
In the nitride semiconductor LED device according to the present embodiment, the color unevenness is reduced and the light emission intensity is improved as compared with the conventional case. Particularly, an LED element having a short wavelength (450 nm or less) or a long wavelength (600 nm or more), such as a white nitride semiconductor LED element or an amber nitride semiconductor LED element using a nitride semiconductor as a raw material,
By being formed on the substrate with depressions in Embodiments 1 to 7, it was possible to have a light emission intensity about twice or more as compared with the related art.

【0154】[実施形態10]実施形態10において
は、Nの一部と置換すべきAs、P、およびSbの少な
くともいずれかの置換元素を発光層に含ませたこと以外
は、実施形態8および9と同様であった。より具体的に
は、As、P、およびSbの少なくともいずれかの置換
元素が、窒化物半導体発光素子の発光層中で少なくとも
井戸層のNの一部に置換して含められた。このとき、井
戸層に含まれたAs、P、および/またはSbの総和の
組成比をxとしてNの組成比をyとするときに、xはy
よりも小さくかつx/(x+y)は0.3(30%)以
下でなければならず、好ましくは0.2(20%)以下
である。また、As、P、および/またはSbの総和の
好ましい濃度の下限値は、1×1018/cm3以上であ
った。
[Embodiment 10] Embodiment 10 is different from Embodiment 8 and Embodiment 10 in that at least one of As, P, and Sb, which is to be substituted for a part of N, is included in the light-emitting layer. Same as 9. More specifically, at least one of the substitution elements of As, P, and Sb was included in the light emitting layer of the nitride semiconductor light emitting element by substituting at least a part of N of the well layer. At this time, when the composition ratio of the sum of As, P, and / or Sb contained in the well layer is x and the composition ratio of N is y, x is y
And x / (x + y) must be less than 0.3 (30%), preferably less than 0.2 (20%). Further, the lower limit of the preferable concentration of the total of As, P, and / or Sb was 1 × 10 18 / cm 3 or more.

【0155】この理由は、置換元素の組成比xが20%
よりも高くなれば井戸層内において置換元素の組成比の
異なる濃度分離が生じ始め、さらに組成比xが30%よ
りも高くなれば濃度分離から六方晶系と立方晶系が混在
する結晶系分離に移行し始めて、井戸層の結晶性が低下
する可能性が高くなるからである。他方、置換元素の総
和の濃度が1×1018/cm3よりも小さくなれば、井
戸層中に置換元素を含有させたことによる効果が得られ
難くなるからである。
The reason is that the substitution element composition ratio x is 20%
If the composition ratio x is higher than 30%, the separation of the hexagonal system and the cubic system are mixed. This is because there is a high possibility that the crystallinity of the well layer will decrease when the process starts to shift to. On the other hand, if the total concentration of the substituting elements is less than 1 × 10 18 / cm 3 , the effect of including the substituting element in the well layer becomes difficult to obtain.

【0156】本実施形態による効果としては、井戸層に
As、P、およびSbの少なくともいずれかの置換元素
を含ませることによって、井戸層中の電子とホールの有
効質量が小さくなりかつ移動度が大きくなる。半導体レ
ーザ素子の場合、小さな有効質量は小さい電流注入量で
レーザ発振のためのキャリア反転分布が得られることを
意味し、大きな移動度は発光層中で電子とホールが発光
再結合によって消滅しても新たな電子とホールが拡散に
よって高速で注入され得ることを意味する。すなわち、
発光層にAs、P、およびSbのいずれをも含有しない
InGaN系窒化物半導体レーザ素子に比べて、本実施
形態では、しきい値電流密度が低くかつ自励発振特性の
優れた(雑音特性に優れた)半導体レーザを得ることが
可能である。
The effect of the present embodiment is that the effective mass of electrons and holes in the well layer is reduced and the mobility is reduced by including at least one of As, P, and Sb in the well layer. growing. In the case of a semiconductor laser device, a small effective mass means that a carrier inversion distribution for laser oscillation can be obtained with a small current injection amount, and a large mobility means that electrons and holes disappear in the light emitting layer due to radiative recombination. This also means that new electrons and holes can be injected at high speed by diffusion. That is,
Compared to an InGaN-based nitride semiconductor laser device in which the light-emitting layer does not contain any of As, P, and Sb, in the present embodiment, the threshold current density is low and the self-sustained pulsation characteristics are excellent (the Excellent) semiconductor lasers can be obtained.

【0157】他方、本実施形態が窒化物半導体LEDに
適用された場合、井戸層にAs、P、および/またはS
bの置換元素を含ませることによって、従来のInGa
N井戸層を含む窒化物半導体LED素子と比較して、井
戸層中のIn組成比が低減され得る。これは、Inの濃
度分離による結晶性の低下が抑制され得ることを意味す
る。したがって、置換元素の添加による効果は、実施形
態8の窒化物半導体LEDに関する効果と相乗され、よ
り一層の発光強度の向上と色むらの低減を生じる。特
に、窒化物半導体を原材料とする白色窒化物半導体LE
D素子や琥珀色窒化物半導体LED素子のように、発光
波長が短波長(450nm以下)または長波長(600
nm以上)の窒化物半導体LED素子の場合、In組成
比が低いか全く含有されることなく井戸層が形成され得
るので、従来のInGaN系窒化物半導体LED素子と
比較して色むらが小さく、強い発光強度が得られる。
On the other hand, when the present embodiment is applied to a nitride semiconductor LED, As, P, and / or S
b, the conventional InGa
The In composition ratio in the well layer can be reduced as compared with the nitride semiconductor LED element including the N well layer. This means that a decrease in crystallinity due to the separation of the concentration of In can be suppressed. Therefore, the effect of the addition of the substitution element is synergistic with the effect of the nitride semiconductor LED according to the eighth embodiment, thereby further improving the emission intensity and reducing the color unevenness. In particular, a white nitride semiconductor LE using a nitride semiconductor as a raw material
As in the case of the D element and the amber nitride semiconductor LED element, the emission wavelength is short (450 nm or less) or long (600 nm).
nm or more), the well layer can be formed without a low or no In composition ratio, so that the color unevenness is small as compared with the conventional InGaN-based nitride semiconductor LED element, Strong emission intensity can be obtained.

【0158】[実施形態11]実施形態11において
は、実施形態8または10の窒化物半導体レーザ素子が
光学装置において適用された。実施形態8または10に
よる青紫色(380〜420nmの波長)の窒化物半導
体レーザ素子は、種々の光学装置において好ましく利用
することができ、たとえば光ピックアップ装置に利用す
れば以下の点において好ましい。すなわち、そのような
窒化物半導体レーザ素子は、高温雰囲気中(60℃)に
おいて高出力(30mW)で安定して動作し、素子不良
が少なくかつレーザ発振寿命が長いことから、信頼性の
高い高密度記録再生用光ディスク装置に最適である(光
波長が短いほど、より高密度の記録再生が可能であ
る)。
[Eleventh Embodiment] In the eleventh embodiment, the nitride semiconductor laser device of the eighth or tenth embodiment is applied to an optical device. The blue-violet (380 to 420 nm wavelength) nitride semiconductor laser device according to the eighth or tenth embodiment can be preferably used in various optical devices. For example, when used in an optical pickup device, it is preferable in the following points. That is, such a nitride semiconductor laser device operates stably at a high output (30 mW) in a high-temperature atmosphere (60 ° C.), has few device defects, and has a long laser oscillation life. It is most suitable for an optical disk device for density recording / reproducing (the shorter the light wavelength, the higher density recording / reproducing is possible).

【0159】図14において、実施形態8または10に
よる窒化物半導体レーザ素子が光学装置に利用された一
例として、たとえばDVD装置のように光ピックアップ
を含む光ディスク装置が模式的なブロック図で示されて
いる。この光学情報記録再生装置において、窒化物半導
体レーザ素子を含む光源1から射出されたレーザ光3は
入力情報に応じて光変調器4で変調され、走査ミラー5
およびレンズ6を介してディスク7上に記録される。デ
ィスク7は、モータ8によって回転させられる。再生時
にはディスク7上のビット配列によって光学的に変調さ
れた反射レーザ光がビームスプリッタ9を介して検出器
10で検出され、これによって再生信号が得られる。こ
れらの各要素の動作は、制御回路11によって制御され
る。レーザ素子1の出力については、通常は記録時に3
0mWであり、再生時には5mW程度である。
FIG. 14 is a schematic block diagram showing an optical disk device including an optical pickup such as a DVD device as an example in which the nitride semiconductor laser device according to the eighth or tenth embodiment is used in an optical device. I have. In this optical information recording / reproducing apparatus, a laser beam 3 emitted from a light source 1 including a nitride semiconductor laser element is modulated by an optical modulator 4 according to input information, and a scanning mirror 5 is provided.
And recorded on the disk 7 via the lens 6. The disk 7 is rotated by a motor 8. At the time of reproduction, the reflected laser light optically modulated by the bit arrangement on the disk 7 is detected by the detector 10 via the beam splitter 9, and thereby a reproduction signal is obtained. The operation of each of these elements is controlled by the control circuit 11. The output of the laser element 1 is usually 3 at the time of recording.
0 mW, and about 5 mW during reproduction.

【0160】本発明によるレーザ素子は上述のような光
ディスク記録再生装置に利用され得るのみならず、レー
ザプリンタ、バーコードリーダ、光の3原色(青色、緑
色、赤色)レーザによるプロジェクタなどにも利用し得
る。
The laser device according to the present invention can be used not only in the above-described optical disk recording / reproducing apparatus but also in a laser printer, a bar code reader, a projector using three primary colors of light (blue, green, and red) lasers. I can do it.

【0161】[実施形態12]実施形態12において
は、実施形態9または10による窒化物半導体発光ダイ
オード素子が半導体発光装置において利用された。すな
わち、実施形態9または10による窒化物半導体発光ダ
イオード素子は、少なくとも光の3原色(赤色、緑色、
青色)の1つとして、たとえば表示装置のような(半導
体発光装置)において利用可能である。そのような窒化
物半導体発光ダイオード素子を利用することによって、
色むらが少なくかつ発光強度の高い表示装置が作製され
得る。
[Twelfth Embodiment] In the twelfth embodiment, the nitride semiconductor light emitting diode element according to the ninth or tenth embodiment is used in a semiconductor light emitting device. That is, the nitride semiconductor light emitting diode device according to the ninth or tenth embodiment has at least three primary colors of light (red, green,
For example, it can be used in (a semiconductor light emitting device) such as a display device. By utilizing such a nitride semiconductor light emitting diode element,
A display device with little color unevenness and high light emission intensity can be manufactured.

【0162】また、そのような光の3原色を生じ得る窒
化物半導体発光ダイオード素子は、白色光源装置におい
ても利用され得る。他方、発光波長が紫外領域から紫色
領域(380〜420nm程度)にある本発明による窒
化物半導体発光ダイオード素子は、蛍光塗料を塗布する
ことによって白色光源素子としても利用し得る。
Further, such a nitride semiconductor light emitting diode element capable of producing three primary colors of light can be used in a white light source device. On the other hand, the nitride semiconductor light emitting diode device according to the present invention having an emission wavelength in the ultraviolet region to the violet region (about 380 to 420 nm) can be used as a white light source device by applying a fluorescent paint.

【0163】このような白色光源を用いることによっ
て、従来の液晶ディスプレイに用いられてきたハロゲン
光源に代わって、低消費電力で高輝度のバックライトの
実現が可能になる。これは、携帯ノートパソコンや携帯
電話におけるマン・マシンインターフェイスの液晶ディ
スプレイ用バックライトとしても利用することができ、
小型で高鮮明な液晶ディスプレイを提供することができ
る。
By using such a white light source, a backlight with low power consumption and high luminance can be realized instead of the halogen light source used in the conventional liquid crystal display. It can also be used as a backlight for a liquid crystal display of a man-machine interface in a mobile notebook computer or mobile phone,
A small and clear liquid crystal display can be provided.

【0164】[0164]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、窒化物
半導体発光素子において、発光寿命と発光強度を改善す
ることができる。また、本発明によれば、窒化物半導体
発光素子において、クラック発生と電極剥がれとワイヤ
ボンドの剥がれとを防止することができる。
As described above, according to the present invention, in the nitride semiconductor light emitting device, the light emission lifetime and light emission intensity can be improved. Further, according to the present invention, in the nitride semiconductor light emitting device, it is possible to prevent cracks, electrode peeling, and wire bond peeling.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明における窪み付き基板上に形成された
窒化物半導体レーザ素子の一例を示す模式的な断面図で
ある。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one example of a nitride semiconductor laser device formed on a substrate with a depression according to the present invention.

【図2】 (a)は本発明において用いられ得る窒化物
半導体の加工基板の一例を示す模式的な断面図であり、
(b)は異種基板を含む加工基板を示している。
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing an example of a processed substrate of a nitride semiconductor that can be used in the present invention;
(B) shows a processed substrate including a heterogeneous substrate.

【図3】 本発明において用いられ得る窪み付き基板の
一例を示す模式的な断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a substrate having a depression that can be used in the present invention.

【図4】 (a)は本発明における加工基板上の結晶成
長形態を表わし、(b)は加工基板が完全かつ平坦に窒
化物半導体多層膜構造で被覆される場合の結晶成長形態
を表わし、そして(c)は結晶成長抑制膜を利用した選
択成長における結晶成長形態を表わしている。
4A shows a crystal growth mode on a processed substrate according to the present invention, FIG. 4B shows a crystal growth mode when the processed substrate is completely and flatly covered with a nitride semiconductor multilayer film structure, (C) shows a crystal growth mode in selective growth using the crystal growth suppressing film.

【図5】 本発明において用いられ得る加工基板に形成
された溝(凹部)と丘(凸部)の形態を示しており、
(a)は2種類の方向を有する溝が互いに直交する場合
を示し、(b)は2種類の方向を有する溝が互いに60
°の角度で交差する場合を示し、そして(c)は3種類
の方向を有する溝が互いに60°の角度で交差する場合
を示している。
FIG. 5 shows the shapes of grooves (concave portions) and hills (convex portions) formed on a processing substrate that can be used in the present invention;
(A) shows a case where grooves having two kinds of directions are orthogonal to each other, and (b) shows a case where grooves having two kinds of directions are 60
(C) shows the case where grooves having three directions cross each other at an angle of 60 °.

【図6】 本発明において用いられ得る窪み付き基板上
に形成された窒化物半導体レーザ素子のリッジストライ
プ部の形成位置とレーザ発振寿命との関係を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a formation position of a ridge stripe portion of a nitride semiconductor laser device formed on a substrate having a depression which can be used in the present invention and a laser oscillation life.

【図7】 本発明において用いられ得る窪み付き基板上
に形成される発光素子構造における発光部の好ましい形
成領域を示す模式的な断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a preferable formation region of a light-emitting portion in a light-emitting element structure formed on a substrate with depressions that can be used in the present invention.

【図8】 本発明において用いられ得る窪み付き基板の
他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing another example of a substrate with a depression that can be used in the present invention.

【図9】 本発明において用いられ得る窪み付き基板の
他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing another example of a substrate with a depression that can be used in the present invention.

【図10】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing another example of a recessed substrate that can be used in the present invention.

【図11】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing another example of a recessed substrate that can be used in the present invention.

【図12】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing another example of a substrate with a depression that can be used in the present invention.

【図13】 本発明において用いられ得る窪み付き基板
の他の例を示す模式的な断面図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing another example of a substrate with a depression that can be used in the present invention.

【図14】 本発明による窒化物半導体レーザ素子を利
用した光ピックアップ装置を含む光学装置の一例を示す
模式的なブロック図である。
FIG. 14 is a schematic block diagram showing an example of an optical device including an optical pickup device using a nitride semiconductor laser device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 窪み付き基板、101 加工基板、102 n
型Al0.05Ga0.95N下地層、103 n型In0.07
0.93Nクラック防止層、104 n型Al0. 1Ga0.9
Nクラッド層、105 n型GaN光ガイド層、106
発光層、107 p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロ
ック層、108 p型GaNガイド層、109 p型A
0.1Ga0.9Nクラッド層、110 p型GaNコンタ
クト層、111 n電極、112 p電極、113 S
iO2誘電体膜。
100 substrate with depression, 101 processing substrate, 102 n
Type Al 0.05 Ga 0.95 N underlayer, 103 n type In 0.07 G
a 0.93 N anti-cracking layer, 104 n-type Al 0. 1 Ga 0.9
N clad layer, 105 n-type GaN light guide layer, 106
Emitting layer, 107 p-type Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer, 108 p-type GaN guide layer, 109 p-type A
l 0.1 Ga 0.9 N cladding layer, 110 p-type GaN contact layer, 111 n electrode, 112 p electrode, 113 S
iO 2 dielectric film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯浅 貴之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 伊藤 茂稔 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 種谷 元隆 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA14 AA31 CA34 FF01 FF16 5F045 AA04 AB14 AB17 AC08 AC12 AC19 AF04 AF09 AF12 BB13 CA09 DA52 DA53 DA55 DA60 5F073 AA13 AA45 AA51 AA55 BA05 CA07 CB02 CB05 CB07 CB22 DA05 EA26 EA29  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takayuki Yuasa 22-22, Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Shigetoshi Ito 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka (72) Inventor Mototaka Taniya 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka F-term (reference) 5F041 AA14 AA31 CA34 FF01 FF16 5F045 AA04 AB14 AB17 AC08 AC12 AC19 AF04 AF09 AF12 BB13 CA09 DA52 DA53 DA55 DA60 5F073 AA13 AA45 AA51 AA55 BA05 CA07 CB02 CB05 CB07 CB22 DA05 EA26 EA29

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化物半導体の基板表面または窒化物半
導体以外の基板上に成長した窒化物半導体層表面に形成
された凹部と凸部を含む加工基板と、 前記加工基板の凹凸表面上に成長させられた窒化物半導
体下地層と、 前記窒化物半導体下地層上でn型層とp型層との間にお
いて量子井戸層または量子井戸層とこれに接する障壁層
を含む発光層を含む発光素子構造とを含み、 前記窒化物半導体下地層と前記発光素子構造を成長させ
た後においても前記凹部と凸部の少なくとも一方の上方
において平坦化されていない窪みを含んでいることを特
徴とする窒化物半導体発光素子。
1. A processed substrate including a concave portion and a convex portion formed on a surface of a nitride semiconductor substrate or a surface of a nitride semiconductor layer grown on a substrate other than a nitride semiconductor, and grown on the uneven surface of the processed substrate. A light emitting element including a nitride semiconductor underlayer formed, and a light emitting layer including a quantum well layer or a quantum well layer and a barrier layer in contact with the quantum well layer between the n-type layer and the p-type layer on the nitride semiconductor underlayer. And a non-planarized recess above at least one of the concave portion and the convex portion even after growing the nitride semiconductor underlayer and the light emitting device structure. Object semiconductor light emitting device.
【請求項2】 前記加工基板全体が窒化物半導体からな
ることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光
素子。
2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the entire processing substrate is made of a nitride semiconductor.
【請求項3】 前記凹部はストライプ状の溝であり、前
記凸部はストライプ状の丘であることを特徴とする請求
項1または2に記載の窒化物半導体発光素子。
3. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the concave portion is a stripe-shaped groove, and the convex portion is a stripe-shaped hill.
【請求項4】 前記加工基板の凹凸表面は窒化物半導体
からなり、前記溝の長手方向と前記丘の長手方向は窒化
物半導体結晶の<1−100>方向に実質的に平行であ
ることを特徴とする請求項3に記載の窒化物半導体発光
素子。
4. The uneven surface of the processed substrate is made of a nitride semiconductor, and a longitudinal direction of the groove and a longitudinal direction of the hill are substantially parallel to a <1-100> direction of the nitride semiconductor crystal. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein
【請求項5】 前記加工基板の凹凸表面は窒化物半導体
からなり、前記溝の長手方向と前記丘の長手方向は窒化
物半導体結晶の<11−20>方向に実質的に平行であ
ることを特徴とする請求項3に記載の窒化物半導体発光
素子。
5. The method according to claim 1, wherein the uneven surface of the processing substrate is made of a nitride semiconductor, and a longitudinal direction of the groove and a longitudinal direction of the hill are substantially parallel to a <11-20> direction of the nitride semiconductor crystal. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein
【請求項6】 前記溝の幅中央の上方には前記窪みが存
在せず、前記溝幅中央からその幅方向に1μm以上離れ
かつ前記溝の幅内の領域の上方に前記発光素子構造の発
光部が含まれていることを特徴とする請求項3に記載の
窒化物半導体発光素子。
6. The light emitting device according to claim 6, wherein the depression does not exist above the width center of the groove, and the light emission of the light emitting element structure is at least 1 μm in the width direction from the groove width center and above a region within the width of the groove. The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 3, wherein the nitride semiconductor light-emitting device includes a portion.
【請求項7】 前記丘の幅中央の上方には前記窪みが存
在せず、前記丘幅中央からその幅方向に1μm以上離れ
かつ前記丘の幅内の領域の上方に前記発光素子構造の発
光部が含まれていることを特徴とする請求項3に記載の
窒化物半導体発光素子。
7. The dent is not present above the width center of the hill, and the light emitting element structure emits light above the region within the width of the hill at least 1 μm in the width direction from the width center of the hill. The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 3, wherein the nitride semiconductor light-emitting device includes a portion.
【請求項8】 前記溝の上方には前記窪みが形成されて
おり、前記窪みの側端部から前記溝の幅方向に2μm以
上離れかつ前記溝の幅内の領域の上方に前記発光素子構
造の発光部が含まれていることを特徴とする請求項3に
記載の窒化物半導体発光素子。
8. The light emitting element structure, wherein the depression is formed above the groove, and is separated from a side end of the depression by 2 μm or more in a width direction of the groove and above a region within the width of the groove. The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 3, wherein the light-emitting portion is included.
【請求項9】 前記丘の上方には前記窪みが形成されて
おり、前記窪みの側端部から前記丘の幅方向に2μm以
上離れかつ前記丘の幅内の領域の上方に前記発光素子構
造の発光部が含まれていることを特徴とする請求項3に
記載の窒化物半導体発光素子。
9. The dent is formed above the hill, and the light emitting device structure is located at least 2 μm in a width direction of the hill from a side end of the dent and above a region within the width of the hill. The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 3, wherein the light-emitting portion is included.
【請求項10】 前記溝幅は4〜30μmの範囲内にあ
ることを特徴とする請求項6に記載の窒化物半導体発光
素子。
10. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein said groove width is in a range of 4 to 30 μm.
【請求項11】 前記溝幅は7〜100μmの範囲内に
あることを特徴とする請求項8に記載の窒化物半導体発
光素子。
11. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein said groove width is in a range of 7 to 100 μm.
【請求項12】 前記丘幅は4〜30μmの範囲内にあ
ることを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体発光
素子。
12. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the hill width is in a range of 4 to 30 μm.
【請求項13】 前記丘幅は7〜100μmの範囲内に
あることを特徴とする請求項9に記載の窒化物半導体発
光素子。
13. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the hill width is in a range of 7 to 100 μm.
【請求項14】 前記溝の深さは1〜9μmの範囲内に
あることを特徴とする請求項6に記載の窒化物半導体発
光素子。
14. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 6, wherein the depth of the groove is in a range of 1 to 9 μm.
【請求項15】 前記溝の深さは1μm以上であって、
かつ前記溝の底部と前記基板の裏面との間の残し厚が1
00μm以上であることを特徴とする請求項8に記載の
窒化物半導体発光素子。
15. The groove has a depth of 1 μm or more,
And the remaining thickness between the bottom of the groove and the back surface of the substrate is 1
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein the thickness is at least 00 µm.
【請求項16】 前記窒化物半導体下地層がGaNであ
って、Si、O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、M
gおよびBeの不純物群のうちで少なくとも1種類以上
の不純物を前記GaN中に含み、かつその添加量が1×
1017/cm 3以上で5×1018/cm3以下であること
を特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
16. The nitride semiconductor underlayer is made of GaN.
, Si, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, M
at least one of g and Be impurity groups
Is contained in the GaN and the amount of addition is 1 ×
1017/ Cm Three5 × 1018/ CmThreeMust be
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein:
【請求項17】 前記窒化物半導体下地層がAlxGa
1-xN(0.01≦x≦0.15)であって、Si、
O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、MgおよびBe
の不純物群のうちで少なくとも1種類以上の不純物を前
記AlxGa1-xN中に含み、かつその添加量が3×10
17/cm3以上で5×1018/cm3以下であることを特
徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
17. The method according to claim 17, wherein the nitride semiconductor underlayer is Al x Ga.
1-xN (0.01 ≦ x ≦ 0.15) and Si,
O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg and Be
The Al x Ga 1 -xN contains at least one or more impurities in the impurity group of
2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor light emitting device has a density of not less than 17 / cm 3 and not more than 5 × 10 18 / cm 3 .
【請求項18】 前記窒化物半導体下地層がInxGa
1-xN(0.01≦x≦0.15)であって、Si、
O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、MgおよびBe
の不純物群のうちで少なくとも1種類以上の不純物を前
記InxGa1-xN中に含み、かつその添加量が1×10
17/cm3以上で4×1018/cm3以下であることを特
徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。
18. The method according to claim 18, wherein the nitride semiconductor underlayer is In x Ga.
1-xN (0.01 ≦ x ≦ 0.15) and Si,
O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg and Be
And at least one type of impurity in the In x Ga 1-x N is contained in the impurity group of
2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor light emitting device has a density of 17 / cm 3 or more and 4 × 10 18 / cm 3 or less.
【請求項19】 前記窪みを2つ以上含む領域上に電極
が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の窒
化物半導体発光素子。
19. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an electrode is formed on a region including at least two of the depressions.
【請求項20】 前記窪みを2つ以上含む領域上に誘電
体膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載
の窒化物半導体発光素子。
20. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a dielectric film is formed on a region including at least two of the depressions.
【請求項21】 ワイヤボンドと前記窒化物半導体素子
との間の接合領域に前記窪みが1つ以上含まれているこ
とを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体発光素
子。
21. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein one or more of the dents are included in a bonding region between a wire bond and the nitride semiconductor device.
【請求項22】 前記量子井戸層はAs、P、およびS
bのうちの少なくとも1種の元素を含んでいることを特
徴とする請求項1から21のいずれかの項に記載の窒化
物半導体発光素子。
22. The quantum well layer comprises As, P, and S
22. The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 1, comprising at least one element of b.
【請求項23】 請求項1から22のいずれかの項に記
載された窒化物半導体発光素子を含むことを特徴とする
光学装置。
23. An optical device comprising the nitride semiconductor light emitting device according to claim 1. Description:
【請求項24】 請求項1から22のいずれかの項に記
載された窒化物半導体発光素子を含むことを特徴とする
半導体発光装置。
24. A semiconductor light emitting device comprising the nitride semiconductor light emitting element according to claim 1. Description:
【請求項25】 窒化物半導体の基板表面または窒化物
半導体以外の基板上に成長した窒化物半導体層表面に形
成された凹部と凸部を含む加工基板を準備し、 前記加工基板の凹凸表面上に窒化物半導体下地層を成長
させ、 前記窒化物半導体下地層上でn型層とp型層との間にお
いて量子井戸層または量子井戸層とこれに接する障壁層
を含む発光層を含む発光素子構造を成長させる工程を含
み、 前記窒化物半導体下地層と前記発光素子構造を成長させ
た後においても前記凹部と凸部の少なくとも一方の上方
において平坦化されていない窪みが形成されることを特
徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
25. A processed substrate including a concave portion and a convex portion formed on a surface of a nitride semiconductor substrate or a surface of a nitride semiconductor layer grown on a substrate other than a nitride semiconductor is prepared. A light emitting element including a light emitting layer including a quantum well layer or a quantum well layer and a barrier layer in contact with the quantum well layer between the n-type layer and the p-type layer on the nitride semiconductor base layer A step of growing a structure, wherein even after growing the nitride semiconductor underlayer and the light emitting element structure, a non-planarized depression is formed above at least one of the concave part and the convex part. A method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device.
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